资源描述
ww.xueLuLu.com
FRP与RC组合梁桥上部结构设计与检测王贵春,陈卫丽,李武生
FRP与RC组合梁桥上部结构设计与检测
编译王贵春,陈卫丽,李武生
郑州大学土木工程学院,河南郑州450001)
摘要:纤维增强聚合物(FRP)与普通建筑材料相比有较大优势,但其不足之处是初期投资高、刚度较低及现
场经验匮乏。为了促进该项技术的发展,在美国德克萨斯州设计建造了一座FRP与钢筋混凝土(RC)组合梁桥,
FRP梁采用U形截面,内设48mm撑杆以提高FRP梁与RC桥面板的结合强度。桥梁建成后,分别通过声发射
法和应变测试法对其在车辆荷载作用下的响应进行了检测。结果表明:桥梁经过2年运营未出现明显损坏和老化
迹象;梁端部转动受到较大约束;护栏对桥梁刚度的增强有重要作用;FRP梁和RC板结合效果良好;桥梁具有很
大的荷载横向分布能力。
关键词:组合梁桥;FRP梁;RC板;设计;检测
中图分类号:U448.216;U442.5;U446.3文献标志码
文章编号:1671-7767(2012)03-001-04
引言
设计部门与德克萨斯运输部制定了主要设计标
美国德克萨斯州圣帕特里西奥县一座桥梁的上准:①设计荷载釆用HS20型卡车荷载( AASHTO,
部结构首次采用FRP梁和普通RC桥面板组合体1996);②在荷载作用下跨中容许挠度为L/800;③
系(见图1),并在梁内设置撑杅以提高FRP梁和桥梁共2跨,净跨约9.1m;④桥面板采用普通混凝
RC桥面板间的结合效果。为了评价该桥最初2年土,其设计强度在28d时为27.6MPa。
运营期间的整体安全性、估算FRP梁在重复交通荷2.2上部结构设计
载和温度效应作用下可能发生损坏的程度和位置、
桥梁横截面通过试验研究确定,采用上宽下窄
检验结合效果和桥梁设计过程中所作基本假设的合的梯形截面,为了节省FRP材料进而降低造价,横
理性,共进行了4次荷载检测。每次检测都采集了截面尺寸在跨中最大(见图2),向两端逐渐变小。为
应变仪和声发射法数据,并对其进行了评估。本文便于加工,FRP梁板厚统一设定为44mm。为防止混
简要介绍该桥上部结构设计及检测结果
凝土填满FRP梁,用泡沫填充梁的下部[见图1(c)
为了获得良好的结合效果,鉴于FRP梁和RC
2桥梁设计与计算
板均对应力集中敏感,连接件采用了直径相对较大
2.1主要设计标准
的钢管,即外径48mm的撑杆。将撑杆安装在嵌入
131517192123(梁编号)
20
北
4215
4875
桥梁中心线
813
(标准值)
8
Iill LI! IIIII
泡沫
357911(梁编号)
7号
3号9号
10号
11号
12号
9800
应变仪
应变仪
(a)平面
(b)1/2主梁横截面(象限I向北)
(c)钢筋布置单位:m
图1FRP和RC组合梁桥总体布置示意
收稿日期:2011-11-14
编译者简介:王贵春(1962),男,教授,1985年毕业于天津大学海洋结构工程专业,工学学士,1988年毕业于天津大学水工结构工程专业,工
学硕士,1996年毕业于铁道科学研究院桥梁与隧道工程专业,工学博士,2002年毕业于美国新泽西理工学院计算机专业,科学硕土(E-mail
guichunwang(@163.com)
ww.xueLuLu.com
世景桥梁2012,40(3)
FRP中的钢套管内并用螺丝钉固定。为了防止RC维类型为E一玻璃纤维;纤维层间树脂采用一种破
板产生裂缝,在每根钢管周围放置1根U形钢筋。坏时间较长的树脂,其生产工艺由制造厂家决定,允
由于水平抗剪连接件的设计未经过实验室及现场的许多个厂家参与投标。规定的材料性质至少包括抗
检验,因此通过缩小FRP和RC组合截面的换算惯拉强度及模量、抗剪强度和抗压强度,具体包括:纵
性矩的计算值,做了只有部分结合的假设(即尽管受向和垂直于纵向的抗拉强度分别为121MPa和
拉区混凝土的应力小于混凝土出现裂缝时的应力,86.2MPa;纵向和垂直于纵向的抗拉模量分别为
但计算时没有考虑受拉区的混凝土参与作用,从而11.7GPa和10.3GPa;平面内抗剪强度为20.7
使得换算惯性矩减少约15%)。
MPa;抗压强度为138MPa。
203
半径51
在所有情况下,由这些层压材料的贴片试验得
(标准值
出的材料性能均高于上述值。例如,纵向和垂直于
纵向的抗拉模量分别为14.6GPa和12.4GPa。
半径6
撑杆外径
标准偵)
ASME(2004a)规范第部分规定了直观检测
48,内径38
程序和准则。为了保证质量,在FRP梁制造后运到
144(标准值
O寸
桥梁现场之前,按照ASME(2004a)规范第V部分
半径38多
和第X部分规定了声发射检测准则。
(标准值)
3桥梁施工
半径83
(标准值)单位:m
FRP梁由加利福尼亚阿迪兰多模压纤维玻璃
公司通过接触成型工艺制造。全部制造完成后,对
图2FRP梁跨中橫截面示意
24片梁中的4片进行了声发射法检测,并同时采取
3设计计算
其它质量保证措施,如直观检测等。桥梁被运到现
由于设计时间较短,未能建立完整的结构有限
场后用挖掘机就位。使用如此简单的施工设备,旨
元模型,仅建立了RC板的简化模型,并把FRP梁在说明对于这些质量较轻的建筑材料,在安装期间
模拟成竖向弹簧,而RC板由竖向弹簧支承。设计
以节省投资。FRP梁就位后敷设和绑扎钢筋,浇
中考虑了荷截的横向分布,利用该模型计算的荷载筑RC板、桥梁护栏。第1次荷载检测之后开放交通。
横向分布系数约为0.74。在设计计算阶段,桥梁护
栏的设计尚未完成,因而没有考虑护栏对桥梁刚度
4荷载试验及结果分析
増强的影响。按照 AASHTO(1996)规范提供的方4.1试验方案
法计算的荷载横向分布系数为0.53,将上述2种方
荷载试验分4次进行,加载车辆的轴重见表1
法计算的结果进行了比较,为安全起见,在设计中采
在试验1~3中,每次均配备24通道系统进行
用了0.74的荷载横向分布系数。
声发射监测;在试验4中,采用8通道系统进行声发
在计算应力和挠度时假设FRP梁简支。在设射监测。在全部荷载试验中,均使用物理声学公司
计后期分析发现RC板在桥台单个支座上的转动受生产的R15Ⅰ型谐振式声发射传感器,它在频率为
到连续约束,这说明端部简支的假设过于保守
150kHz时产生谐振。在试验4中,还使用了一种
在设计阶段参照了ASME(2004b)规范的应力S9208型的宽频式声发射传感器
比法进行设计。该方法考虑FRP材料的各向异性,
在荷载试验中,采用应变仪测试结构应变。荷
并与FRP结构中每片材料的极限应力结合起来。载试验前,将CEAO6-500UW-120型电子阻抗箔式
其实质就是预测一个具体的薄片在给定应力状态下应变仪贴在图1(a)所示的桥梁象限工中的FRP梁
何时破坏的方法。按照ASME(2004b)规范,最小上。在7号梁上安装
展开阅读全文
免费区 