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碳纤维索结构(桥梁)试验研究和理论分析

李成绩  
【摘要】:现代预应力结构是我国土木、交通、水利工程中应用极为广泛并极具潜力的一种结构。预应力结构中,预应力钢筋由于存在制造缺陷、使用环境影响(如大气污染、酸雨等)以及长期处于高应力状态,其应力腐蚀问题比较严重,使预应力结构的耐久性降低,对使用环境恶劣的结构(如跨海大桥等)更是如此。碳纤维(CFRP)材料与传统的预应力钢筋相比,具有不锈蚀、无磁性、比强度(强度重度比)高等优良特性,故将这种新型材料开拓用作预应力钢筋的替代物可以使结构性能更优,更耐久。 碳纤维(CFRP)预应力结构是一种新型结构,从实验分析、计算理论到设计方法等各方面都要作基础性的工作,因此对它的研究是一个多目标的系统工程。本文对碳纤维(CFRP)预应力结构研究中的几个有代表性的问题如锚固问题、设计计算理论问题,参数特性问题进行探讨,通过具体的实验和理论分析,为碳纤维(CFRP)预应力结构的开发应用提供科学依据和设计方法。具体工作如下: 1.结合一座在建跨度为55m的斜拉桥,对3组6根,2组11根和一组16根的碳纤维(CFRP)预应力筋的锚固进行试验研究,在微膨胀水泥没有国产化的情况下,检验国产建筑结构胶的粘结能力;对不同类型(直筒式、内锥式)锚具和不同锚固方式(有粘结和无粘结锚固)的锚固效果进行评价,找出影响锚具效率的各种因素,提出最佳锚固方案。 2.编制有限元程序,讨论了精确的悬链线单元法同目前广泛采用的等效弹性模量法对于碳纤维(CFRP)索结构的计算结果误差;对影响碳纤维(CFRP)斜拉索的静力参数(如垂度效应、拉索刚度等)同传统的钢索进行对比分析;对碳纤维(CFRP)索结构的动力特性进行分析并与传统的钢索进行对比;得出相关结论。 3.对国内第一座碳纤维(CFRP)拉索斜拉桥—江苏大学西山人行天桥进行静、动力计算,并将计算结果与钢索斜拉桥进行对比,探讨碳纤维(CFRP)拉索斜拉桥在力学性能上的比较优势。


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