FRP拉索疲勞特性及其長壽命RC斜拉橋研究.pdf

1、斜拉索是斜拉橋的關(guān)鍵承重構(gòu)件，傳統(tǒng)鋼拉索在疲勞荷載和外界腐蝕的共同作用下，安全性和耐久性下降明顯，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)使用壽命縮短。同時，由于經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展需求，斜拉橋跨徑不斷增長，而鋼拉索由于自重大，隨著跨徑增加垂度效應(yīng)越發(fā)明顯，這一方面導(dǎo)致拉索等效剛度降低，增大了橋梁在正常使用狀態(tài)下的變形；另一方面降低了拉索的承載力，造成材料的浪費(fèi)。因此傳統(tǒng)鋼拉索限制了橋梁向高性能、長壽命和更大跨徑的發(fā)展。
　　為了從根本上保證大跨斜拉橋在長期荷載和嚴(yán)

2、酷環(huán)境下的高使用性、安全性和耐久性，同時滿足大跨橋梁跨度不斷增大的需求，本文從結(jié)構(gòu)材料出發(fā)，研究采用具有輕質(zhì)高強(qiáng)，能夠抵御多種嚴(yán)酷環(huán)境影響并且具有優(yōu)秀長期力學(xué)性能的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼拉索。
　　本文首先通過靜力拉伸試驗(yàn)研究多種纖維復(fù)合筋，包括以環(huán)氧樹脂和乙烯基樹脂為基體的CFRP、BFRP及B/CFRP(1:1)筋材以及以環(huán)氧樹脂為基體的B/CFRP(3:1)和B/SFRP(4:1)的基本力學(xué)性能，測定了各種不同筋材的拉伸

3、強(qiáng)度、彈性模量等基本力學(xué)性能，在此基礎(chǔ)上討論基體材料和纖維混雜對FRP筋材力學(xué)性能的影響。該部分研究為后續(xù)章節(jié)中疲勞試驗(yàn)研究和斜拉橋數(shù)值模擬提供依據(jù)。
　　本文重點(diǎn)對適合用作斜拉索材料的BFRP、CFRP及B/CFRP三種筋材的疲勞性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。根據(jù)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了各種FRP筋材的疲勞壽命預(yù)測模型，得出各FRP筋材的疲勞性能并進(jìn)行分析對比。因現(xiàn)有文獻(xiàn)對FRP索用于斜拉橋時安全系數(shù)的選取并未給出明確規(guī)定，本文基于FRP的靜力和

4、疲勞試驗(yàn)，提出了拉索高效利用的設(shè)計建議。通過建立與可靠度相關(guān)的S-N曲線，對NLD、ASTM及Whitney三種疲勞壽命預(yù)測方法進(jìn)行對比和討論，選取最為保守的結(jié)果，得出各筋材具有95％保證率的經(jīng)歷200萬次循環(huán)荷載而不發(fā)生失效的疲勞強(qiáng)度。最后，依據(jù)疲勞強(qiáng)度給出各FRP筋材設(shè)計安全系數(shù)建議值。
　　在得到上述研究結(jié)論基礎(chǔ)上，本文對不同材料斜拉索的極限跨徑和承載效率進(jìn)行理論分析，并討論了因材料自重而產(chǎn)生的垂度效應(yīng)對拉索彈性模量的影響，