带蒙皮FRP格栅-混凝土组合板设计方法及工程算例.pdf

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1、2015年第6期玻璃钢／复合材料73带蒙皮FRP格栅-混凝土组合板设计方法及工程算例钱震，方海，刘伟庆，欧阳懿桢(1．南京工业大学土木工程学院，南京211816；2．中铁大桥勘测设计院集团有限公司，武汉430034)摘要：采用一种新型的带蒙皮FRP格栅，在其上浇筑混凝土制备桥面板。采用换算截面法推导了带蒙皮FRP格栅一混凝土组合板截面在使用阶段的截面有效抗弯刚度，并通过材料力学的方法推导了板件跨中挠度的计算公式。依据相关规范进行带蒙皮FRP格栅．混凝土组合桥面板的设计并给出设计实例及计算方法。验

2、算结果表明，带蒙皮FRP格栅一混凝土桥面板应用于混凝土．复合材料组合桥梁结构较为可行。关键词：蒙皮；FRP格珊；跨中挠度；桥面板中图分类号：TB332；TB301文献标识码：A文章编号：1003—0999(2015)06—0073—061引言能进行了研究。FRP格栅具有良好的工程性能j，树脂基纤维增强复合材料(简称FRP)是以有耐腐蚀性强，轻质高强，阻燃性强，抗冲击性强，耐老机聚合物为基体的纤维增强材料，通常使用玻璃纤化。其中FRP格栅具有耐腐蚀的特点，能更好地代维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶等

3、纤维增强体。将替钢筋作为混凝土结构中的增强材料，抵挡腐蚀环FRP型材与混凝土材料组合在一起，整体协同工作境的侵蚀。杨勇对FRP一混凝土组合板疲劳性能的结构构件便是FRP-混凝土组合结构。国内外有研究状况进行了介绍。关FRP一混凝土组合梁结构的研究也开展了很多：本文提出了一种FRP一混凝土组合板形式——K．Sekijima等_1研究了FRP拉挤工字形钢．混凝土带蒙皮FRP格栅．混凝土组合板，能应用于桥梁面板组合梁结构，通过试验和有限元分析表明，FRP工字以及对抗腐蚀有要求的特殊环境中。形拉挤型材与

4、混凝土组合结构表现出较好的组合性能。H．Nordin等在上述基础上，在FRP拉挤工字2带蒙皮FRP格栅-混凝土组合板的结构与形钢的底部翼缘位置处粘贴碳纤维对其进行加强，制备同时还进行了两种不同连接方式的对比(包括剪力本文提出了如图1所示的结构形式。FRP格栅连接件和环氧树脂连接)。此外，M．C．S．Ribeiro等_3]与蒙皮一次性成型，在带有蒙皮的FRP格栅上直接对槽形GFRP拉挤型材一混凝土组合梁结构进行了浇筑混凝土，由于FRP格栅下侧增设有FRP蒙皮，四点弯曲试验研究。J．E．Hall等还

5、研究了FRP在浇筑时，该蒙皮既能充当浇筑混凝土时的模板，又板作为混凝土梁的受拉增强材料以及永久模板的梁能参与成型后构件的整体受力，经试验表明可通过构件的四点弯曲性能。改变FRP格栅肋的间距和高度，有效地约束混凝FRP拉挤格栅和FRP模塑格栅(本文中研土，使二者受力时不会发生剥离现象。带蒙皮FRP栅增强混凝土板结构具有轻质高强、耐腐蚀以及便究的为FRP模塑格栅)于20世纪60年代在美国问于制造和工业化生产等优点，如果将它应用于受腐世，并日益受到社会大众的广泛认可。赵德芳对蚀环境侵蚀的桥面板领域中，

6、有着广阔的应用前景。FRP格栅加筋混凝土梁的弯曲行为和破坏模式进行了试验研究，黄金对碳纤维格栅混凝土的抗弯性收稿日期：2014-12-17本文作者还有庄勇。基金项目：国家自然科学基金重点项目(51238003)；江苏省自然科学基金(BK2012826)作者简介：钱震(1990一)，男，硕士，主要从事复合材料方面的研究。通讯作者：方海(1981一)，男，博士，副教授，主要从事复合材料方面的研究。l／镪_2015~瓴I674带蒙皮FRP格栅一混凝土组合板设计方法及工程算例2015年6月计算公式。(1

7、)基本假定①平截面假定；②弹性体假定；③不考虑开裂混凝土的受拉作用，认为拉力完全由带蒙皮FRP格栅承受。(2)受拉混凝土开裂前截面的惯性矩，n图1FRP格栅一混凝土板结构示意图若假设受拉区的FRP格栅肋的横截面总面积Fig．1Thesketchmapofconcretepanelstrengthened为A，其弹性模量为E，则其换算截面积为A(其bycompositegradwithskin中，=EJE)；同理，若假设受拉区的FRP底面蒙皮的横截面面积为A，其弹性模量为，则其换算截面积为A(其中

8、，=／E)。根据换算截面法3带蒙皮FliP格栅-混凝土组合板跨中挠度的相关原理，保持原截面和换算截面形心位置不变，理论研究则换算为一等效的均质截面形式如图3所示。FRP复合材料本身是一种脆性材料，从设计安其中，为混凝土开裂前构件截面中和轴距截全性的角度出发，建议将桥面板的破坏模式设计为面上边缘的距离。“超筋”破坏，即受压区混凝土在正应力作用下达到生．一极限压应变而压碎，而受拉区的复合材料格栅底板还未达到其极限拉应变。本文采用换算截面法推导了带蒙皮FRP格栅一混凝土组合板截面在使用阶段的有效抗弯刚