FRP-混凝土組合梁-橋面結構試驗、分析與設計方法.pdf

1、纖維增強聚合物（FiberReinforcedPolymer,FRP）材料以其比強度高、比模量大、耐腐蝕、抗疲勞等特性而受到土木工程界的日益關注，近年來被廣泛地用于橋梁結構以解決日益嚴重的鋼材銹蝕問題。然而，純FRP結構卻存在初次投入大、剛度低、脆性破壞、強度利用率低等缺點。為了充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢和解決上述問題，F(xiàn)RP-混凝土組合結構被認為是一種最有效的組合形式。
　　本文以單車道簡支板式橋為背景，對FRP材料性能、FRP板與

2、混凝土粘結性能、FRP-混凝土組合梁/橋面結構的基本力學性能與設計方法等方面，進行了比較系統(tǒng)的研究，主要研究內容如下：
　　首先，對本文試驗所用FRP板進行了拉伸、壓縮和面內剪切試驗研究，并將試驗結果與理論預測值進行了對比分析，同時利用基于等效能量法的雙線性模型擬合了實測的應力-應變曲線，還闡述了多向FRP板熱膨脹系數(shù)的理論預測方法。
　　其次，通過90個FRP板條與混凝土塊的兩批單剪試驗，對4種FRP板與混凝土之間連接方式

3、（粘粗砂法、環(huán)氧膠粘結法、FRP剪力鍵法以及采用剪力鍵和粘粗砂的綜合法）的粘結性能進行了較系統(tǒng)的研究，考察了這4種連接方式的粘結破壞特征和粘結-滑移關系，分析了多種因素對FRP板與混凝土間粘結性能的影響，并提出了FRP剪力鍵抗剪設計方法。試驗結果表明：4種優(yōu)化后的連接方式均可作為FRP-混凝土組合結構中有效的組合界面連接措施。
　　第三，闡述了FRP材料與價格低廉的混凝土結合形成一種輕質、耐腐蝕且價格相對便宜的組合梁的設計思路，詳

4、細介紹了該類型組合梁中可能發(fā)生的各種失效模式及其變形和剛度的計算方法，提出了用于組合梁初步設計的簡化分析方法，并給出了三種優(yōu)化失效模式下的設計步驟，同時討論了組合梁的擬延性特征，還給出了組合梁的設計算例。
　　第四，以單車道簡支板式橋面為背景，闡述了FRP-混凝土組合橋面結構的設計荷載與設計準則，對該組合橋面結構進行了初步概念設計，詳細分析了組合橋面結構中的各項參數(shù)：橋面高度、混凝土層厚度、FRP腹板厚度、FRP下翼緣厚度、FRP

5、上翼緣厚度、梁寬和FRP外包層厚度，并基于有限元分析得出了組合橋面結構的最終設計方案。
　　第五，對1根純FRP梁、3根FRP-混凝土組合梁和1個單車道FRP-混凝土組合橋面結構的1/3比例模型進行了靜載（等效車輛荷載）試驗：彎曲非破壞試驗（中心彎曲與偏心彎曲）和彎曲破壞試驗，以檢驗其變形和強度是否滿足實際工程的要求，并了解了FRP-混凝土組合試件中各種連接的性能，同時考察了組合試件的極限抗彎承載力及其失效模式。研究表明：設計的組