不同结构组合形式的GFRP-钢组合桁架梁受力性能研究

为了研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)-钢组合结构的受力性能,根据各向异性体弹性力学理论确定GFRP材料的物理力学参数,依托淮河出海口闸区工作桥工程实例,利用ABAQUS建立基于板壳单元的桁架梁有限元模型,分析其受力特性。采用将部分应力较大的GFRP构件替换成钢构件的结构组合方案,对比分析了结构自重、跨中挠度、单元应力的变化情况,探索合理的杆件替换方案;引入组合桁架梁统一抗弯刚度的概念,将桁架结构等效为单梁模型进行简化计算;引入截面的共同工作系数以描述桁架梁腹杆对整体结构的抗弯贡献。结果表明:在基本荷载组合作用下,GFRP桁架梁的各构件应力均远小于材料的强度,有很高的安全储备;对部分杆件的替换可以有效增加结构竖向刚度,减小在荷载作用下的跨中挠度;将上下弦杆替换为Q345钢材的方案对增强桁架梁竖向刚度的贡献较大,且结构形式较为合理;该研究可为类似工程的方案设计提供参考。