FRP_Bridge_Collision_FRP.pdf

《FRP_Bridge_Collision_FRP.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、24FRP桥梁上部结构的撞击破坏实验研究2011年9月FRP桥梁上部结构的撞击破坏实验研究冯鹏，胡楠，何水涛，陆新征(清华大学土木工程系，清华大学结构工程与振动教育部重点实验室，北京100084)摘要:近年来，纤维增强复合材料(FRP)已经在桥梁工程中获得了逐步推广和应用，尤其是在人行天桥的设计和建设中。但是，超高车辆撞击城市桥梁上部结构的事故频繁发生，严重威胁城市交通的正常运行。为确保FRP结构能更广泛地应用于城市桥

2、梁中，提高其作为上部结构的抗撞能力，需要深入研究超高车辆-FRP结构碰撞机理。本文基于碰撞试验，对典型的超高车辆-桥梁上部结构碰撞进行了模拟，确定了此类梁的撞击破坏过程，位移响应，作用方式和损坏机理。分析结果将用于有限元分析和验证中，从而改进FRP上部结构应对此类冲击荷载时的结构响应。关键词:桥梁工程;撞击实验;FRP结构;桥梁上部结构;超高车辆中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:1003－0999(2011)05－0024－05［4～10］1引言也主要集中于混凝土和钢结构，考察FRP上部结构碰撞性能的文献

3、十分有限。因此，如何科学评近年来，FRP以其高强、轻质、耐腐蚀等优点，成价超高车辆撞击对FRP桥梁的破坏，进而在桥梁的为土木工程的一种新型结构材料。除了应用FRP设计、运营、维护等过程中对此类破坏进行正确考片材加固修补结构工程外，FRP结构和FRP组合结［1］虑，是一个有着重要应用价值的课题。本文基于碰构的应用也日益受到工程界的重视。从上世纪撞实验，对典型的超高车辆-桥梁上部结构碰撞进行70年代开始，FRP材料就开始在桥梁工程中尝试应了模拟，确定了此类梁的撞击破坏过程、位移响应、用。近年来，FRP材料的种类和生产手段

4、迅速发展，作用方式、损坏机理以及荷载大小。分析结果将用产品形式不断更新，使得FRP材料及结构在桥梁工于有限元分析和验证中，从而改进FRP上部结构应程中应用的形式也更加多样，如FRP人行桥梁、FRP对此类冲击荷载时的结构响应。预应力筋、FRP桥面板等。由于FRP轻质高强的优2试验设计［2］点，在桥梁工程中已显现出广阔的应用前景。2.1试验构件然而，FRP材料在未来桥梁工程的探索中同样需要考虑传统材料所面对的问题。其中，超高车辆撞击下桥梁上部结构的损坏就是需要考察的项目之一。随着城市立体交通的发展，由于驾驶人员素质不高，

5、加上监管力度不到位，超高车辆与立交桥梁的碰撞事故屡见不鲜。超高车辆撞击桥梁上部结构严重威胁城市交通的正常运行。仅以北京为例，50%的桥梁上部结构曾遭超高车辆撞击，由此损坏的桥梁占已损坏桥梁总数的20%以上。为减少超高车辆撞击桥梁上部结构造成的损失，除了采取加强交图1FRP梁横截面通管理这类“软手段”，改进桥梁设计，提高桥梁上试件高240mm，宽160mm，长4000mm，由六个［3］部结构抗撞能力这类“硬手段”也必不可少。GFRP拉挤型材粘结形成，如图1和图2所示。六个国内外目前对此类课题已经进行了相关研究，拉挤型材

6、外部轮廓尺寸相同，其中顶部层由两个壁但结构碰撞多集中于评价车撞桥墩或者车撞护栏厚为2.5mm的矩形构件组成，中部和底部层壁厚分等，对于上部结构研究成果较少。已有的研究成果别为5mm。收稿日期:2011-08-16本文作者还有叶列平。基金项目:国家自然科学基金资助项目(50808106);科技部国际合作项目(2010DFR50400);清华大学骨干人才计划项目作者简介:冯鹏(1977-)，男，工学博士，副教授，主要从事FRP结构应用与新型结构的研究。FRP/CM2011.No.52011年第5期玻璃钢/复合材料25

7、2.2试验安装及数据采集模型试验采用摆锤的方式使桥梁上部结构模型受到撞击作用，即采用手拉葫芦将罐体提升至相应的高度，然后通过剪断铁丝将其释放，在罐体运动至最低点处撞击桥梁上部结构模型。将油罐车模型提22升到一定高度后(h=v/2g=2.777/2×9.8=0.393)将罐体释放，在重力作用下，罐体在摆动最低点可获得10km/h的水平撞击速度。依据现有场地图2FRP梁结构三维模型尺寸及以上模型设计图，场地布置如图4和图5油罐

8、车原型为20t中型油车，根据相似关系，可所示。计算得到油罐典型尺寸，如表1所示。常用油罐内设有防波板，保守地认为，撞击时，油与罐体为一整体，不会产生晃动现象。试验模拟时，仅考虑罐体与箱梁的撞击，油罐车其它部分的质量通过配重形式实现。罐体的具体尺寸如图3所示。表1油罐车试验参数长度/mm内径/mm壁厚/mm原型典型值7300200010模型值14