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FRP夹心桥面板桥梁静动态响应的数值分析

张铟  
【摘要】: 纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)是近年来在桥梁工程中开始应用的新型结构材料,它具有轻质、高强、耐腐蚀等显著特点。FRP夹心桥面板是最具应用前景的结构型式之一,它既可应用于老桥中损毁桥面板的更换修复,也可作为新建桥梁的桥面体系。由于FRP夹心桥面板是一种新型结构构件,对它在桥梁结构中的静、动力特性等还有很多急需了解的问题。 荷载在桥面上的横向分布及荷载作用下桥梁的动力响应是桥梁设计中需要考虑的重要内容,世界各国在进行桥梁设计时普遍采用荷载横向分布系数和动力系数来考虑其影响因素。研究人员针对传统桥面板的荷载横向分布系数及动力系数的取值进行了深入广泛的研究(包括试验研究和理论研究)。FRP桥面板的一些性能(例如质量、刚度和阻尼性能等)和传统的混凝土或钢桥面板有很大的不同,这可能导致采用FRP桥面板桥梁的性能和采用传统桥面板桥梁性能的差异。但是研究人员对采用FRP桥面板的桥梁的特性还少有研究。因此,本论文采用数值分析方法对FRP桥面板桥梁的荷载横向分布情况及桥梁的动力响应进行了比较详细的研究。 由于FRP夹心板复杂的几何构型,给采用有限元技术对FRP桥面板桥梁的整体模拟带来了困难,本文将FRP正弦夹心桥面板等效为正交各向异性实心板,分析结果与试验数据吻合良好,证明是一种对采用FRP夹心板的桥梁结构进行整体有限元分析的有效方法;利用等效模型,本文首先对堪萨斯州钢梁桥更换为FRP桥面板后的桥梁进行了整桥分析,其荷载横向分布情况与现场实验吻合良好,作者进一步研究了具有一般性的FRP桥面板钢梁桥和FRP桥面板预应力混凝土梁桥的荷载横向分布系数;考虑车-桥耦合系统,作者利用自编的MATLAB计算程序研究了FRP桥面板体系的动力性能,分别考察了FRP桥面板简支板桥、FRP桥面板钢梁桥和FRP桥面板预应力混凝土梁桥在三轴卡车荷载作用下的动力响应,得到了其在路面粗糙度、行车速度等影响下的动力特性;在对梁式桥所进行的静力及动力分析中作者均考虑了FRP桥面板与支承梁部分组合与完全组合两种构造情况,并与其它条件相同但采用混凝土桥面板的桥梁进行了对比分析,得到了一些有价值的研究结论。本文的研究为FRP桥面板在桥梁工程中更好的得到应用提供了理论基础。


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