碳纤维复合材料索斜拉桥的设计与测试

为了解碳纤维复合材料(CFRP)索斜拉桥的结构性能、施工技术以及长期性能,进行了中国首座CFRP索斜拉桥的设计和应用研究。阐述了该桥主要部件的设计要点,采用有限元法分析了其整体受力性能;结合该桥的建造,研究了中等长度CFRP拉索的制备工艺和安装工艺;根据施工过程仿真分析结果,提出拉索的张拉方案,并在拉索张拉期间,对主梁、主塔及拉索进行了全面的测试。测试结果表明,测试值与理论值吻合良好,CFRP拉索中各根筋材受力均匀性很好。该桥在建造期间的测试、分析以及经过2年多的使用充分表明,CFRP拉索在中国斜拉桥上的初次应用是成功的。

国内首座CFRP索斜拉桥的研究

为推动CFRP索斜拉桥在我国的发展并积累经验,作者主持了国内首座CFRP索试验桥的设计和应用研究。在设计研究中,阐述了该桥主要部件的设计要点,采用有限元法分析其整体受力性能;结合该桥的建造,分析各种黏结型锚具的受力性能,研制一种黏结型CFRP拉索锚具,并对5组试验索进行试验研究;阐述CFRP拉索的制备工艺和安装工艺;根据施工过程仿真分析结果,提出对拉索一次性张拉到位的张拉方案,并对张拉期间的各项测试结果进行分析。通过本试验桥的研究,基本解决CFRP拉索在中等跨径斜拉桥中应用的设计和施工方面的问题。

起爆索的概念及其特性

本文采用了新的导爆索芯药,得到了一种具有起爆特性的索,称之为起爆索。它能够被常规的电点火头、非电导爆管或延期体点火,并很快形成爆轰输出,对工业炸药实现引爆,因而具备工程雷管的功能。经过对起爆索爆速、殉爆距离、点火感度、起爆能力、轴向威力等的测定,反映出爆速与芯药线密度有关,其殉爆距离是普通导爆索的4倍多,对常规的电、非电导爆管和延期体点火方式则有较好的感度响应,爆速接近5 000 m/s时能够对粉状炸药、乳化炸药或水胶炸药实施引爆,而起爆索的轴向威力只达到2 mm厚铅板炸孔的合格水平。

系杆拱桥用CFRP吊杆索的设计及应用研究

为推动CFRP吊杆索在我国的发展并积累经验,进行了CFRP吊杆索在国内公路桥的首次应用。阐述了CFRP吊杆索的设计及制造要点,开发新型CFRP索结构形式,提高CFRP索中筋材的受力均匀性及锚固性能,同时便于CFRP索的盘卷与运输;成功研制出具有优异疲劳及耐久性能的CFRP吊杆索体系,37丝规格CFRP索通过应力上限为45%标准强度,应力幅值为375 MPa的250万次疲劳试验,索体及锚固部位没有损伤;研制的CFRP吊杆索静载效率系数为95%,在应用前经超张拉检验,锚杯后端筋材回缩量≤1.1 mm,弹性模量≥166 GPa,符合技术指标要求。通过本桥的研究,基本解决CFRP吊杆索在系杆拱桥中的设计和应用问题,实现了国内CFRP吊杆索应用于系杆拱桥零的突破,为大规模产业化奠定基础。