结构用FRP型材的力学性能研究及其在桥梁中的应用

摘要

随着钢结构耐久性问题的日益突出，新型材料纤维增强复合材料(全称Fiber Reinforced Plastics或Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)以其轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳、无磁性、可回收再利用等优点，作为非金属材料倍受人们青睐。纤维增强复合材料（FRP）是以纤维材料为主，以树脂材料为基体，并添加辅助剂，通过模具拔拉成型及必要的表面处理加工而成的一种复合材料。将FRP型材构件拼装成受力主体的桥梁结构，可以很好的解决钢桥的生锈问题。目前，FRP型材主要用于非受力结构，如FRP围栏、FRP栏杆、FRP防护网等，对于FRP型材应用于受力结构中的研究较少。
　　本文研究的拉挤FRP型材的纤维都是沿着拉挤方向布置，可以按单向纤维复合材料来分析研究其力学性能。首先通过FRP型材拉伸压缩试验，得到了FRP型材的基本力学指标；在总结国内外研究成果和工程实践的基础上，从细观力学、宏观力学两个层面分别分析研究了FRP型材的刚度、强度、应力应变关系。然后在分析FRP型材两种常见的连接方式——胶连接、螺栓连接的基础上，分析了胶栓混合连接的受力特点、荷载分配规律、变形协调条件，推导出了胶栓混合连接承载力计算的经验公式；建立了胶栓混合连接的有限元模型，从数值模拟上分析了胶栓混合连接的应力分布，解释了试验出现的破坏模式；结合FRP桁架桥、FRP三角桁架雨棚工程实例，应用了胶栓混合连接的承载力计算经验公式。

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 FRP材料的发展历程

1.3 FRP型材特性

1.4 国内外结构用FRP型材研究及应用现状

1.5 本文研究的主要内容

2 结构用FRP型材力学性能的试验与分析

2.1 结构用FRP型材拉伸试验

2.2 结构用FRP型材压缩试验

2.3 本章小结

3 结构用FRP型材的力学分析

3.1 结构用FRP型材细观力学

3.2 结构用FRP型材的宏观力学

3.3 本章小结

4 结构用FRP型材连接方式研究

4.1 概述

4.2胶连接

4.3螺栓连接

4.4 胶栓混合连接

4.5 本章小结

5 胶栓混合连接节点的有限元分析

5.1结构用FRP型材节点有限元模型

5.2 数值仿真计算结果分析

5.3 本章小结

6 工程实例

6.1 FRP桁架桥

6.2 试验场雨棚

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 本文主要研究成果

7.2 展望与建议

致谢

参考文献