GFRp-混凝土組合梁彎曲性能及損傷預(yù)警研究.pdf

1、輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久是現(xiàn)代橋梁工程的發(fā)展方向。FRP因其強(qiáng)度高、耐久性好等特性，近年來被越來越廣泛地應(yīng)用于橋梁等工程領(lǐng)域中。然而，F(xiàn)RP也由于其脆性破壞等原因在應(yīng)用中受到了一些限制，為了解決這些問題，一些學(xué)者開始研究FRP與其他材料的組合構(gòu)件，使新型構(gòu)件各組成部分材料的性能得到充分發(fā)揮。
　　本文在國內(nèi)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了1根全GFRP工字梁與6根由不同規(guī)格的螺栓連接件錨固的工字型GFRP-混凝土組合梁，并對試驗梁的彎曲性能、損

2、傷預(yù)警、參數(shù)優(yōu)化等進(jìn)行了研究。論文的主要研究工作和成果有:
　　1.通過四點彎曲試驗，對試驗梁的荷載-撓度曲線、荷載-應(yīng)變關(guān)系以及螺栓直徑對組合梁承載力的影響、混凝土高度對組合梁剛度的影響等進(jìn)行了分析。試驗結(jié)果顯示，充分利用GFRP復(fù)合材料與混凝土這兩種材料各自的性能，可大幅提升結(jié)構(gòu)承載能力;螺栓體積率設(shè)置在1％左右，能夠較好的滿足GFRP與混凝土之間的變形協(xié)調(diào);將混凝土梁高與GFRP工字梁高控制在合理的范圍內(nèi)，可防止組合梁發(fā)生脆

3、性破壞。
　　2.應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)對7根梁的加載全過程進(jìn)行監(jiān)測，以分形理論為基礎(chǔ)，對試驗過程中的聲發(fā)射能量參數(shù)時間序列進(jìn)行相空間重構(gòu)，并將Matlab編程計算的聲發(fā)射能量參數(shù)時間序列的關(guān)聯(lián)維數(shù)值作為定量指標(biāo)，分析試驗梁的損傷規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，試驗梁關(guān)聯(lián)維數(shù)值的變化可以反映GFRP復(fù)合材料內(nèi)部的纖維斷裂等損傷演化規(guī)律;對于應(yīng)用GFRP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，可以在剪力較大區(qū)域布置聲發(fā)射傳感器，當(dāng)相應(yīng)的關(guān)聯(lián)維數(shù)值出現(xiàn)“持續(xù)高幅波動”，表明結(jié)構(gòu)已達(dá)

4、到極限承載力的70％左右，需要引起足夠重視并加強(qiáng)監(jiān)測。
　　3.使用ANSYS軟件建立了GFRP-混凝土組合梁的有限元模型，模型的有效性得到了試驗數(shù)據(jù)的驗證，應(yīng)用該有限元模型進(jìn)一步對GFRP-混凝土組合梁進(jìn)行了數(shù)值分析。研究表明:FRP級別應(yīng)該與混凝土強(qiáng)度相匹配，才能更有效發(fā)揮兩種材料的性能;優(yōu)化后的的工字型GFRP-混凝土組合梁腹板的剪切撓度系數(shù)能夠使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全;混凝土截面與GFRP工字型截面的高度比在0.33～0.58范