【摘要】：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久性好和抗疲勞等優(yōu)點(diǎn),在土木工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。橋面板是結(jié)構(gòu)的直接受力構(gòu)件且易受環(huán)境侵蝕,利用GFRP作為橋面板或者進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固改造已成為研究熱點(diǎn)。GFRP-混凝土組合橋面結(jié)構(gòu)是由GFRP和混凝土通過有效的界面處理手段連接而形成的新型組合結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)可以提高橋梁的耐久性,通過合理的設(shè)計(jì)可以兼顧經(jīng)濟(jì)性和承載能力,因此在橋梁領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。為保證GFRP-混凝土組合橋面板的安全性,本文對GFRP-混凝土組合橋面板的靜力和疲勞性能進(jìn)行了研究,探討了組合板的力學(xué)性能。主要研究工作包括四個(gè)部分:(1)組合橋面板的抗彎試驗(yàn)研究。首先,在課題組前期工作基礎(chǔ)上,選取1片GFRP-混凝土組合板和1片鋼筋混凝土板進(jìn)行四點(diǎn)彎曲靜力加載試驗(yàn);然后,選取1片GFRP-混凝土組合板進(jìn)行四點(diǎn)彎曲疲勞加載試驗(yàn),研究了GFRP-混凝土組合橋面板的靜力和疲勞力學(xué)性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:選取的GFRP-混凝土組合橋面板與鋼筋混凝土板的極限承載力和破壞模式基本相同,GFRP-混凝土組合橋面板的抗疲勞性能良好。(2)GFRP-混凝土組合橋面板靜力有限元分析。采用通用有限元分析軟件ANSYS對GFRP-混凝土組合板的受力性能進(jìn)行了有限元模擬分析,計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合良好。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了參數(shù)分析,研究了界面抗剪性能、GFRP彈性模量、混凝土板厚度和混凝土強(qiáng)度對組合板受力性能的影響。(3)GFRP-混凝土組合橋面板疲勞數(shù)值模擬。選取相應(yīng)的本構(gòu)模型和失效準(zhǔn)則,采用有限元模型和分層法理論模型對GFRP-混凝土組合板的疲勞性能進(jìn)行模擬。計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合良好,能對構(gòu)件的撓度和應(yīng)變等進(jìn)行有效預(yù)測。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了相同混凝土強(qiáng)度的試件靜力和疲勞試驗(yàn)對比,發(fā)現(xiàn)疲勞后的試件承載力降低了9.1%。(4)GFRP-混凝土-鋼組合梁橋橋面板工程應(yīng)用分析。采用ANSYS對某工程實(shí)橋建立了單位寬度局部有限元模型,研究了橋面板的橫向受力性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):組合橋面板界面上的計(jì)算應(yīng)力小于試驗(yàn)板試驗(yàn)值,該橋橋面板能有效抵抗由車輛荷載引起的橫向受拉疲勞問題;GFRP板包裹住底部混凝土,阻止裂縫與外界接觸,有效提高了橋梁的耐久性。
【圖文】：

試驗(yàn)結(jié)果表明，組合板的荷載-位移曲線直到破壞時(shí)仍為 Dieter[23]對 FRP 加固混凝土板和梁進(jìn)行了足尺原型實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)制工藝制作，它既可作為施工模板方便加固工程，又可作為受力性能。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，建立了原型梁橋的分析模型，分析結(jié)果表鋼筋有效分布寬度公式適用于本橋梁。此外，根據(jù) ACI-318 規(guī)的設(shè)計(jì)建議。 Alagusundaramoorthy 等[24]對 16 根 FRP-混凝土橋面板和 4 根了試驗(yàn)。將 FRP-混凝土橋面板的試驗(yàn)結(jié)果與俄亥俄州交通部規(guī)面板進(jìn)行了比較，，計(jì)算了 FRP-混凝土橋面板的抗彎剛度和抗剪提出了一種雙層?xùn)鸥?FRP-混凝土組合橋面板并用于實(shí)際工程，F(xiàn)連接件相連（如圖 1-2）。在實(shí)際建造過程中，整個(gè)加固過程僅花接穩(wěn)固，安裝成本接近全鋼加固結(jié)構(gòu)，優(yōu)于全 FRP 加固結(jié)構(gòu)。域表現(xiàn)出較大的競爭性。

圖 1- 2 柵格 FRP 型材007 年 Keller 等[26]提出了一種新型 FRP-混凝土橋面板并進(jìn)行了試驗(yàn)研究（組合板由三層組成：底層為帶 T 肋的 FRP 片材，中層為輕質(zhì)混凝土（LC）高性能增強(qiáng)混凝土（UHPFRC）。界面經(jīng)過環(huán)氧樹脂粘結(jié)要比未經(jīng)過處理的限承載力提高了 104%。但梁的破壞模式由延性變?yōu)榇嘈�。該類型橋面板兼�?jīng)濟(jì)性，滿足承載力要求。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U443.31

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