聚氨酯-鋼板複合材料正交異性橋面板穩定性能研究

《聚氨酯-鋼板複合材料正交異性橋面板穩定性能研究》是依託華南理工大學，由單成林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：聚氨酯-鋼板複合材料正交異性橋面板穩定性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：單成林
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

聚氨酯-鋼板複合材料夾層板引入橋樑結構是鋼結構橋樑及橋樑改造方面一個新的發展方向，該複合材料結構與現今常用於房屋建築的夾層板結構性質上有本質區別，前者能承受垂直板面的重載，力學性能好，成本低，用來代替常規的正交異性鋼橋面板具有很多優點。本項目在夾層板理論、正交異性板理論的基礎上，嘗試用能量原理及變分法等分析以硬質聚氨酯為芯層的正交異性夾層橋面板，在面內和面外複雜受力狀態以及複雜支承條件下的彈性屈曲穩定性能求解。並通過模擬計算及試驗測試方法研究聚氨酯-鋼板複合材料正交異性夾層橋面板在芯層厚度、鋼板厚度、加勁肋間距、芯材物理性能等參數變化時，對板的整體穩定、局部穩定的影響規律，確定滿足夾層橋面板受力要求的聚氨酯芯層材料各物理性能指標及檢驗方法。為該種複合材料在橋樑上的套用提供理論及試驗基礎，從而大量減少大跨徑鋼橋的加勁肋數量及焊縫裂紋的出現，增強抗疲勞性能及減振性能等。

結題摘要

聚氨酯-夾層板是一種在兩層鋼面板之間注入聚氨酯芯層，待聚氨酯凝固之後，與鋼面板牢固粘結、共同受力組成的新型複合結構。此種結構引入橋樑結構是鋼結構橋樑及橋樑改造方面一個新的發展方向，然而在國內這種聚氨酯-鋼板夾層結構橋面板的研究除本課題組外，尚未見其他相關成果報導。本文以模型試驗為基礎，開展聚氨酯-鋼板夾層結構橋面板受力性能研究為聚氨酯-鋼夾層結構技術在國內的套用提供可靠的依據。依據現有的一些工程實例構造進行取值，根據模型相似原理進行了試驗方案的設計，進行了試驗研究。通過試驗值與有限元計算值對比分析得到了兩種加勁肋間距的夾層板受力規律，有限元分析結果與試驗值比較吻合。在試驗模型的基礎上，進行了相同加勁肋間距的普通正交異性鋼橋面板和夾層橋面板有限元對比分析。驗證了聚氨酯-鋼板夾層結構增補層用在正交異性鋼橋面板修復和加固中時，能很大程度上提高原橋面板的剛度及承載力，並能有效降低關鍵位置處的應力水平及應力變化幅值；並得到了普通正交異性鋼橋面板蓋板主要是面外的彎曲應力，夾層板頂鋼板、底鋼板應力成分中薄膜應力占據主要成分。對建立的三種加勁肋間距的夾層板模型在相同工況荷載作用下關鍵截面應力變化曲線進行對比分析，並將它們與普通正交異性鋼橋面板最大撓度值、蓋板最大應力值分別進行對比分析，得到：普通正交異性鋼橋面板蓋板以橫向應力為主要控制應力，而夾層結構橋面板蓋板縱、橫向應力最大值相差不大；夾層橋面板彈性體對鋼板提供連續的支撐，使得撓度值、局部最大應力值顯著降低。因此消除了密集的加勁肋的需要，可以大大減少加勁肋的數量。試驗結果也顯示了夾層板面板壓應力峰值，拉應力峰值的一些變化規律。通過研究聚氨酯-鋼夾層板隨著芯層厚度的增加，對夾層板模型關鍵截面頂板頂面、底板底面應力變化進行對比分析，得到了其對芯層厚度參數變化的敏感順序。