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。

玻璃纤维增强复合材料-钢组合桁架梁的力学性能

为分析玻璃纤维增强复合材料-钢组合桁架梁的力学性能,以GFRP和Q345钢为原料,制备由上、下弦杆、斜腹杆及上、下横联组成的4种不同方案的GFRP-钢组合桁架梁构件(方案1~4)。用Abaqus构建不同方案GFRP-钢组合桁架梁的有限元模型,通过应力云图分析其应力变化,通过均布堆载加载方式进行构件加载试验,分析GFRP-钢组合桁架梁构件力学性能。结果表明:基础载荷下方案4桁架梁变形最大、方案3桁架梁变形最小;4.14 kPa载荷下,方案3的桁架梁上、下弦杆的最大拉、压应力最小,不易变形;方案3跨中挠度、上、下弦杆应变、GFRP侧和钢侧的挠度在4种方案中最小,几乎不受温度、湿度等影响;综上可知,以上、下弦杆和腹杆为钢,上、下横联为GFRP结构的钢组合桁架梁力学性能最佳。

GFRP-混凝土-钢组合梁桥的设计与应用

GFRP-混凝土-钢组合梁桥是一种新型桥梁结构,结构中的GFRP板可以有效减少混凝土碳化、钢筋锈蚀,并显著改善组合板的受力,从而提高桥面板的长期性能,并进一步提高组合梁桥的使用寿命。该文结合预应力GFRP-混凝土-钢组合连续梁桥的工程实践,介绍了GFRP-混凝土-钢组合梁桥的传力机理、GFRP板的截面设计、GFRP-混凝土界面处理、GFRP板对桥面板受力性能改善等内容。

椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱的轴压性能试验研究

椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱由椭圆形GFRP外管、钢内管以及两管之间的填充混凝土组成。进行了大尺寸椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱的轴压性能试验,所有试件的内部钢管采用了椭圆形截面,试件的高度为600 mm,长轴为300 mm,短轴分别为150、200、250 mm和300 mm。研究了椭圆形截面的长轴与短轴之比、GFRP厚度及试件空心面积率对其轴压性能的影响。研究结果表明:椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱中的混凝土在GFRP管和钢管的共同约束下,其承载力和延性较素混凝土大幅提升;随着椭圆长轴与短轴之比的增大,内部约束混凝土的峰值应力有随之增大的趋势;较大的空心面积率并不会减小GFRP和钢管对于混凝土的约束作用;GFRP厚度的增加将会提高椭圆形组合空心柱试件的极限应力和极限应变。