FRP-鋼-混凝土組合簡支梁橋試驗、分析與設計方法.pdf

1、近年來，鋼材銹蝕和劣化問題嚴重影響著橋梁的正常使用和安全。纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymer，F(xiàn)RP）因具有比強度高、比模量大、重量輕、耐腐蝕和抗疲勞等優(yōu)點，在土木工程得到了廣泛關注，但其彈性模量低和無延性等缺點同樣不可回避。為了充分發(fā)揮FRP材料的優(yōu)點，同時結合鋼材彈性模量高和延性好的特點，本文提出了新型FRP/鋼-混凝土組合結構——FRP/鋼-混凝土組合梁和FRP/鋼復合管約束混凝土柱。
　　本

2、文以單車道簡支梁橋為背景，對FRP/鋼復合板的拉伸性能、FRP/鋼-混凝土組合梁受力性能與設計方法、FRP/鋼復合開孔板抗剪性能、FRP/鋼-混凝土組合梁的受彎性能、FRP/鋼復合管約束混凝土柱抗震性能和FRP/鋼-混凝土組合簡支梁橋梁設計方法等方面進行了較系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，制作了BFRP/鋼復合板試件和CFRP/鋼復合板試件，對其進行了單軸單調(diào)拉伸和單軸循環(huán)拉伸的試驗研究，以考察兩種FRP/鋼復合板的單軸

3、拉伸力學性能，同時對試驗結果和理論預測值進行了對比分析。研究結果表明，兩種FRP/鋼復合板都有著穩(wěn)定的二次剛度和優(yōu)異的極限承載能力，且理論模型能很好地預測FRP/鋼復合板的單軸拉伸力學性能。
　　其次，闡述了在FRP-混凝土組合梁中附加鋼板形成一種輕質(zhì)、耐腐蝕且性價比較高的FRP/鋼-混凝土組合梁的設計思路，詳細介紹了該類型組合梁可能發(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FRP/鋼-混凝土組合梁初步設計的簡化分析方

4、法，并給出相應的設計步驟。
　　第三，通過變化孔徑、孔的個數(shù)、穿筋直徑和種類等因素，對9個FRP/鋼復合開孔板試件進行了推出試驗，試驗研究和得到了復合開孔板的抗剪強度和粘結-滑移關系，以及FRP/鋼復合開孔板的抗剪承載能力公式和粘結-滑移本構模型。試驗結果表明:FRP/鋼復合開孔板可作為FRP/鋼-混凝土組合梁中組合界面的有效連接方式。
　　第四，對2根FRP-混凝土組合梁和10根FRP/鋼-混凝土組合梁試件進行了四點彎曲試

5、驗，考慮了2種截面類型、3種鋼板體積比和5種界面連接方式（GFRP/鋼復合開孔板連接、鋼栓釘連接、栓膠混合連接、FRP栓釘連接、栓石混合連接、橫向拉結筋和鋼螺栓混合連接）等因素，試驗研究和得到了FRP鋼-混凝土組合梁試件的變形、強度、應變、失效模式等基本力學性能和極限破壞模式。研究表明:FRP/鋼-混凝土組合梁有著良好的抗變形能力和極限承載能力，且5種界面連接方式都是可靠的。
　　第五，通過變化FRP/鋼復合套管中FRP的種類和層

6、數(shù)，對FRP/鋼復合管約束鋼筋/型鋼混凝土圓柱的抗震性能進行了試驗研究。試驗結果表明:附加FRP可大幅提升鋼管約束混凝土柱的抗震性能;隨著FRP/鋼復合管中FRP層數(shù)的增多，組合柱的承載力、延性和耗能能力逐漸得到提高。
　　第六，基于OpenSees計算平臺，數(shù)值模擬了FRP/鋼復合管約束鋼筋混凝土圓柱的抗震性能并進行了參數(shù)分析。參數(shù)分析的結果表明:軸壓比和剪跨比的增大會使柱的水平承載力有所提高而延性降低;鋼管厚度與縱向配筋率的增

7、加使得柱的水平承載能力和延性有微弱的提高;GFRP包裹層數(shù)越多，柱的水平承載力和延性越好，但隨著層數(shù)增多，提高效率相對變低;GFRP包裹高度對柱的承載力和延性幾乎沒有影響。
　　最后，以單車道簡支梁橋為背景，闡述了FRP/鋼-混凝土組合簡支梁橋的設計荷載與設計準則，對該組合梁橋結構進行了初步概念設計;詳細分析了FRP/鋼-混凝土組合梁中的各項參數(shù):組合梁下翼緣和腹板的鋼板體積比、混凝土層厚度、FRP蓋板厚度、橋面梁的個數(shù);對FRP