《BFRP型材-混凝土組合梁橋失效機理與計算方法研究》是依託東南大學，由王景全擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：BFRP型材-混凝土組合梁橋失效機理與計算方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王景全
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
輕質、高強、耐久是當今橋樑工程的發展方向。本課題提出並研究了一種裝配式連續玄武岩纖維 (Continuous Basalt Fiber， CBF) 梁-混凝土組合梁橋，該體系能充分發揮玄武岩纖維複合材料（Basalt FRP，BFRP）的技術優勢，具有輕質、高強、耐久的優點，且便於施工。 擬通過理論分析、實驗研究和數值仿真相結合的技術路線，對這一新型玄武岩纖維組合梁橋的失效機理與計算方法進行研究。對BFRP格線單元構形仿真模擬，研究該體系的合理構造形式；對比研究金屬剪力連線件和BFRP剪力連線件的性能，掌握BFRP梁與混凝土板界面的黏結滑移關係；研究該結構體系總體和局部失效機理，並通過構造和計算措施對失效模式進行最佳化；建立能考慮材料各項異性、界面黏結滑移效應的簡化計算方法和力學模型。 本課題是一項針對新材料、新結構體系的套用基礎研究。
結題摘要
當前，FRP型材在橋樑工程中的套用形式主要用作傳力構件的橋面板結構，本項目創新地提出了將FRP型材用作橋樑的主承力構件的FRP型材梁-混凝土橋面組合梁橋這一新型結構形式。 （1）對FRP型材梁抗剪強度過低的現象進行了研究並提出高抗剪強度FRP拉擠型材製作新工藝。對FRP型材的基本力學特性進行了試驗研究，從複合材料細觀力學層面，解釋了拉擠成型FRP型材剪下強度低的機理。針對FRP型材剪下強度與抗拉強度嚴重不匹配這一現象，創新提出了高抗剪強度FRP型材的新型製備工藝。基於拉擠成型工藝，採用通過二次複合方法，對FRP型材腹板纖維鋪陳方向進行調整，從而改善FRP型材剪下強度。試驗結果表明，新型成型工藝顯著提高了其的剪下強度，改善了剪下破壞的延性能力。 （2）對FRP型材-混凝土組合梁橋失效機理進行了研究，揭示失效模式多樣化的特點。對比研究了3種創新設計的界面連線件進行梁式和推出試驗，提出最佳化設計的界面連線件，並揭示其界面失效機理。針對整體和局部失效模式，進行了兩批FRP型材-組合梁單調載入試驗。第一批進行了6個跨度為2600mm小梁試驗，研究FRP剪力鍵和鋼螺栓兩種界面連線形式對組合梁性能的影響規律。第二批進行了5根跨度為2000mm和3根跨度為4000mm的FRP型材-混凝土組合梁試驗，對比了大尺度試件下的高強螺栓及新型穿孔連線形式的組合梁性能，研究高抗剪強度FRP型材梁的受剪性能。較好地模擬了實際橋樑可能的受力形態，並觀察了組合梁的各種受力回響，揭示了失效模式多樣化的規律。 （3）研究了面向設計的組合梁橋的計算方法。對世界範圍內相關試驗進行了統計，並總結本項目試驗現象，發現了界面粘結滑移的雙摺線規律，通過機理分析和實驗數據回歸，提出了界面粘結滑移的新模型，得到了雙摺線模型的兩個關鍵參數：滑移剛度和初始粘結力。並將此模型套用於FRP型材-混凝土組合梁的計算理論中，與試驗結果對比顯示了良好的吻合性。FRP型材-混凝土組合梁橋失效模式具有多樣性的特點，造成了設計計算的繁瑣，本項目提出了基於單層纖維失效的承載能力計算新方法，簡化了計算的複雜度。依據經典層合板理論、鐵木辛柯梁的修正理論，提出了FRP型材-混凝土組合梁抗彎剛度的計算新方法：雙摺減係數法。該方法可考慮材料各向異性、纖維鋪層方式、剪下變形、界面的滑移效應的影響。 項目較好地完成了計畫任務。
