[00335243]对结合压缩薄膜效应设计的GFRP筋混凝土桥梁面板交通荷载作用下工作性能的研究

1. 课题来源与背景 本课题来源于广东省自然科学基金博士启动基金,10451170003004151,对结合压缩薄膜效应设计的GFRP筋混凝土桥梁面板交通荷载作用下工作性能的研究。本项目对配置了玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋材的整体桥梁模型在交通荷载工况下的结构响应进行分析,摸清其承载能力、长期工作状态下的疲劳程度、工作规律以及板中压缩薄膜效应的影响。与过去单纯地把GFRP混凝土结构构件当作简支构件的研究模式不同,本项目将对整体的GFRP筋混凝土桥梁面板置于整体结构中进行研究。结合前期对GFRP筋混凝土桥梁面板内压缩薄膜效应的研究成果,对该结构在常规交通荷载作用下的桥梁结构的长期工作性能进行分析。本项目的研究成果在充分考虑了GFRP的材料性能、压缩薄膜效应的结构特性的基础上,完整地阐述了桥梁面板在常规交通荷载下的工作特点。能够有效地保持该结构安全性能与经济性能的相互统一,为实现桥梁结构的可持续性发展提供一条新思路。 2. 研究目的与意义 本项目的桥梁面板分析模型采用GFRP筋作为配筋材料,结合压缩薄膜效应对模型进行结构设计和计算。申请人前期对钢筋混凝土桥梁面板中的压缩薄膜效应的研究证实了该结构效应对桥梁面板承载能力的影响,建立了钢筋混凝土桥梁面板的数值模型和极限承载力预测方法,并基于压缩薄膜效应开发出桥梁面板极限承载力计算的力学模型。同时在也开展了针对GFRP筋桥梁面板承载能力的研究,对该非金属结构中的压缩薄膜效应进行了较为深入的分析。这些研究工作都为本项目的进一步开展打下了基础。在笔者前期的研究工作中发现,GFRP筋混凝土板在常规工作荷载作用下的结构工作性能要优于同类型的钢筋混凝土构件。因此,本次研究将通过试验分析和数值模拟的方法,在前面研究的基础上,对该结构在常规交通荷载作用下的长期工作性能进行研究,包括研究其在交通循环荷载作用下的疲劳程度,进行相应的车桥耦合分析和通过非线性有限元分析混凝土徐变收缩对该非金属结构的影响。研究成果将能更稳完整和深入的剖析这一具有良好安全性、经济性和耐久性的非金属混凝土桥梁结构的工作特点。该研究成果在确保桥梁结构的工作性能和建造费用不受影响的情况下,有效地提高结构的耐久性能,降低维修成本,解决了桥梁面板频繁置换钢筋对交通运输的干扰与环境的破坏,将有利于建立具有可持续发展的桥梁结构体系。 3. 主要论点与论据 （1） 结合前期对GFRP筋混凝土桥梁面板承载性能的试验研究成果,对该结构进行常规交通荷载下工作性能研究,包括裂缝宽度、应变和变形的结构属性进行深入分析。 （2） 建立相关的有限元模型,进行参数分析、极限承载力计算和车桥耦合的动力研究。 （3） 建立相应的有限元模型,分析混凝土徐变和收缩对该非金属桥梁结构体系的影响。 4. 创见与创新; 新概念： 过去对耐久性问题的研究总是局限于对混凝土或者钢筋材料属性的研究,本次课题将新型材料（GFRP）和新设计方法（压缩薄膜效应）相结合,为混凝土结构耐久性问题提出一种新的解决方案。 新方法： 改变过去将桥梁面板当作简支构件的设计方法,对GFRP筋混凝土板构件的冲切性能进行研究。建立考虑压缩薄膜效应的承载力计算方法,能够更为准确地计算出桥梁面板真实的承载能力。将这种新的设计方法应用到采用了GFRP材料的结构体系中,能够更为有效地实现桥梁结构的耐久性能和经济性能的统一。对该结构进行了疲劳试验,进一步确定其真实的工作性能。 新成果 过去将GFRP筋应用在桥梁面板时往往认为该非金属筋材会影响结构的整体建造价格或承载能力。本项目的研究成果在保持桥梁结构工作性能和建造价格不变的基础上,有效地提高桥梁结构的耐久性能和降低维修成本,同时避免了原先频繁维修桥梁面板所造成的交通堵塞问题。为我国混凝土桥梁结构实现可持续性发展提出了一种新的思路。 5. 社会经济效益,存在的问题 主要研究内容为玻璃纤维复合材料（GFRP）筋材在桥面结构中的应用。本项目将结合压缩薄膜效应对GFRP筋混凝土桥梁面板进行设计,在确保桥梁结构的承载力和建造费用不受影响的情况下,有效地提高结构的耐久性能,降低维修成本,解决了桥梁面板频繁置换钢筋对交通运输的干扰与环境的破坏,将有利于建立具有可持续发展的桥梁结构体系。 6. 历年获奖情况 无 7. 成果简介要向社会公开,请不要填写商业秘密内容。 本项目将结合压缩薄膜效应对GFRP筋混凝土桥梁面板进行设计,在确保桥梁结构的承载力和建造费用不受影响的情况下,有效地提高结构的耐久性能,降低维修成本,解决了桥梁面板频繁置换钢筋对交通运输的干扰与环境的破坏,将有利于建立具有可持续发展的桥梁结构体系。如今已经取得了阶段性的成果,在SCI、EI和ISTP三大索引或核心期刊的杂志中发表论文。到目前为止发表论文共10篇,其中SCI、EI及ISTP索引3篇,核心期刊1篇。指导硕士研究生完成毕业设计发表硕士论文2篇。授权使用新型专利一项。