结构用FRP型材的力学性能研究及其在桥梁中的应用

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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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