BFRP模殼-混凝土組合橋面板在長期荷載下的性能研究.pdf

1、針對(duì)傳統(tǒng)混凝土橋面板耐久性不足以及在長期交通荷載作用下出現(xiàn)的各種疲勞破壞狀況，課題組開發(fā)了一種高性能的預(yù)應(yīng)力BFRP模殼-混凝土組合橋面板，使具有耐腐蝕及高抗拉強(qiáng)度的BFRP模殼位于受拉區(qū)，抗壓性能較好的混凝土位于受壓區(qū)，從而充分發(fā)揮了BFRP及混凝土各自材料的優(yōu)勢。另外在該橋面板設(shè)計(jì)時(shí)，還考慮了FRP型材彈性模量低、施工荷載下?lián)隙容^大的劣勢，利用預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)了BFRP模殼預(yù)反拱設(shè)計(jì)。同時(shí)在BFRP模殼表面采用粘砂及波紋齒設(shè)計(jì)，提升BFR

2、P模殼與混凝土的粘結(jié)性能。既有靜力試驗(yàn)表明:此組合橋面板具有良好的抗變形能力和優(yōu)越的組合性能，并且在靜力荷載下預(yù)應(yīng)力保持良好。本文在靜力性能研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究組合橋面板在長期荷載下的疲勞損傷規(guī)律以及關(guān)鍵控制因素、建立疲勞壽命預(yù)測模型，為實(shí)現(xiàn)橋面板性能提升及長壽命化提供數(shù)據(jù)支撐。本文針對(duì)這些問題，進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的研究:
　　(1)BFRP模殼與混凝土界面粘結(jié)靜力及疲勞性能研究。通過模擬既有靜力試驗(yàn)組合橋面板的界面處理方式，設(shè)

3、計(jì)了三組BFRP模殼與混凝土的界面處理工藝（不粘砂、粘砂僅刷一層膠、粘砂刷兩層膠）。靜力性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)粘砂僅刷一層膠的界面處理方式具有更好的粘結(jié)能力，同時(shí)提出了三種界面處理方式的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。并且針對(duì)粘砂刷兩層膠的界面處理方式進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)，研究了界面在疲勞作用下的性能退化規(guī)律，表明了界面具有很好的疲勞性能，同時(shí)通過數(shù)據(jù)擬合給出了界面的疲勞S-N曲線。
　　(2)BFRP模殼-混凝土組合橋面板疲勞性能研究。開展了5塊組合橋面板在

4、變化荷載水平下的疲勞性能試驗(yàn)，對(duì)其疲勞破壞形態(tài)、模殼應(yīng)力應(yīng)變、預(yù)應(yīng)力板條應(yīng)力應(yīng)變、連接界面形態(tài)以及組合橋面板剛度等進(jìn)行了研究。疲勞試驗(yàn)研究成果表明:組合橋面板疲勞破壞形態(tài)為受壓區(qū)混凝土壓碎、部分BFRP模殼疲勞撕裂;組合橋面板在疲勞作用下保持平截面假定，隨著疲勞循環(huán)的加載導(dǎo)致中和軸略微下降;BFRP模殼、預(yù)應(yīng)力板條未發(fā)生明顯疲勞破壞，具有很好的疲勞性能;組合橋面板界面未發(fā)生疲勞破壞，疲勞性能優(yōu)越;疲勞破壞后，組合橋面板均具有較好的殘余強(qiáng)

5、度。同時(shí)通過數(shù)據(jù)擬合給出了組合橋面板的疲勞S-N曲線，可預(yù)測在不同荷載下的疲勞壽命。
　　(3)BFRP模殼-混凝土組合橋面板疲勞性能數(shù)值模擬。在ANSYS有限元建模中考慮了界面粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，靜力加載下的極限承載力及荷載位移曲線與試驗(yàn)相吻合。通過考慮BFRP模殼、混凝土以及界面的S-N曲線，模擬得到了組合橋面板的疲勞壽命，與試驗(yàn)結(jié)果相吻合，并且對(duì)比分析得到了組合橋面板的疲勞關(guān)鍵控制因素。本文建立的有限元疲勞壽命預(yù)測模型可用于組