FRP 型材拼装箱梁的受力性能研究

FRP型材拼装箱梁是由FRP拉挤型材空心板通过三向连接件、骨状挂钩等销接构件或化学粘结拼装而成的箱梁构件, 见图1。与传统的钢箱梁或混凝土箱梁相比, FRP型材拼装箱梁具有重量轻、抗腐蚀、施工速度快等优点, 工程应用前景广阔。
上世纪80年代末, 英国Maunsell结构复合材料公司最早开发了FRP 七孔拉挤型材空心板( ACCS板, 又称作Composo lite板、SP 板等)和连接件, 并将其应用于桥梁封护系统中, 随后又将其用于制作拼装式箱梁[ 1] , 见图2。1992年, 在苏格兰的Aberfe ldy高尔夫俱乐部的球场中建成了世界第一座全FRP结构的斜拉人行天桥, 该桥全长113m, 主跨63m, 宽2. 1m, 采用了单箱三室FRP型材拼装箱梁[ 1] 。1994年, 在英国牛津郡建成了一座可以通行40t卡车的活动桥-BondsM ill桥, 该桥长8. 22m, 宽4. 27m, 由6根FRP型材拼装箱梁组成。另外, 在瑞典和英国的两座新建悬索桥[ 2 ] 亦采用了该类箱梁体系。

近年来, FRP型材拼装箱梁在国外尤其在欧洲发展迅速。1995年, 英国Surrey大学的J. Lee等人对FRP型材拼装箱梁进行了两点加载试验, 试验结果表明,箱梁的破坏模式为支座区域的局部承压破坏[ 1] 。2000年, D. Duth inh等[ 3 ] 对ACCS 桥面板的销接连接系统进行了弯曲、面内剪切和面外剪切测试。同年, A. F. Daly[ 4] 等研究了改进后的ACCS 桥面板在车轮疲劳荷载作用下的受力性能, 416 @ 106 次疲劳试验表明, 箱梁具有良好的抗疲劳性能。在国内,清华大学[ 5] 对该箱梁体系中型材板的受力性能进行了研究, 通过试验和有限元分析研究了其刚度、应力分布和破坏特征, 并建议通过外部纤维缠绕改善型材板的受力性能。但总体来看, 目前国内外学者有关FRP型材拼装箱梁的研究才刚刚起步, 对箱梁受力性能的研究还很少。
 

综上, 本文拟采用层合材料壳体单元建立箱梁的有限元模型, 对单调静力荷载下箱梁的变形和应力分布等受力性能进行研究, 并在此基础上开展11片箱梁的有限元参数分析。