GFRP-花旗松胶合木夹芯桥面板受弯性能试验与结构设计

采用花旗松胶合木作为芯材,玻璃纤维增强复合材料（GFRP）作为面层制备夹芯结构桥面板,在对花旗松胶合木芯材和 GFRP 开展基本力学性能试验研究的基础上,开展了 GFRP-花旗松胶合木夹芯梁的受弯性能试验,得出了其荷载-跨中挠度曲线与 GFRP 荷载-跨中应变曲线,并对抗弯刚度测试值与理论计算值进行了对比;针对某 GFRP-花旗松胶合木桥面板,提出了完整的结构设计流程,给出了桥面板的合理设计参数。研究结果表明：GFRP-花旗松胶合木桥面板应用于钢梁-复合材料桥面板组合桥梁结构较为可行。     

基于连跨效应的船撞作用下连续梁桥墩顶约束刚度分析

基于弹性分析,重点考察连续梁桥上部结构对被撞桥墩的约束作用,通过分向传播法分析连续梁桥支座横向剪切刚度、桥墩跨数、跨距、边跨桥墩抗侧刚度对被撞桥墩的影响,归纳各参数对被撞桥墩墩顶位移的影响作用。在此基础上,通过有限元软件分析苏通大桥引桥在船舶撞击力作用下上部结构对被撞桥墩的顶端约束刚度,并与理论推导出的约束刚度进行对比。研究结果表明:与悬臂墩模型相比,在相同撞击力作用下,考虑连跨效应的被撞桥墩墩顶位移减小9.94%;随着边跨桥墩抗侧刚度、跨距、支座横向剪切刚度的增大,被撞桥墩墩顶位移逐渐减小;随着跨数的减少,对被撞桥墩的约束作用越小;相邻第1跨对被撞桥墩约束的影响率在90%以上。     

GFRP管-钢管双壁约束混凝土组合柱轴压性能与承载力实用计算方法研究

通过4根实心和中空的GFRP管-钢管双壁约束混凝土组合短柱轴压试验,对比分析了该组合柱的工作机理、破坏模式、复合材料管的约束效应、核心混凝土本构关系及其影响因素。研究发现,在其他条件相同的情况下,内钢管空心的构件变形能力超过实心构件,极限承载力小于实心构件,GFRP管对混凝土的约束程度低于实心构件;GFRP管径厚比越小,其对混凝土的约束效应越好。GFRP管径厚比相同的情况下,实心构件混凝土峰值应力比空心构件大,而极限应变比空心构件小。通过试验分析了约束混凝土强度模型,并采用极限平衡法推导了可用于计算实心和空心双壁约束混凝土组合柱轴压承载力的计算公式,理论计算与试验结果吻合较好。     

南昌大桥桥墩抗浮运管段撞击复合材料防撞系统结构设计

针对南昌红谷隧道管段浮运近桥处桥墩,途经南昌大桥的17#、18#桥墩在受到浮运管段撞击时,计算桥墩最危险截面处产生的内力。依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》,计算出桥墩能够抵抗的最大水平撞击力。应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA考虑撞击角度、设防水位的影响,建模分析浮运管段撞击桥墩时产生的撞击力,根据模拟结果评估桥墩的抗船撞能力。根据大桥所处水域特点及桥墩的抗船撞能力,设计了柔性复合材料防撞设施,数值模拟结果表明安装复合材料防撞系统后,桥墩受到的水平撞击力明显减少,从而有效保护桥墩结构的安全使用和免于浮运管段发生碰撞损伤。     

溶胶凝胶法0.5PbTiO_3/0.5NiFe_2O_4两相复合陶瓷的制备

通过sol-gel原位复合方法制备了两相比例为1∶1的铁电PbTiO3(PTO)/铁磁NiFe2O4(NFO)复合粉末以及陶瓷材料,利用XRD对复合体系的物相结构进行了研究,利用SEM对复相粉体及陶瓷的形貌进行了观察,采用阻抗分析仪(Agilent 4294A)测试了复合陶瓷的介电性能以及磁性能。结果表明,在550℃热处理温度下制备的原料粉末形成了PbO相及少量PTO和NFO相,650~700℃下形成了PTO和NFO两相,750℃以上则形成PTO、NFO和PbFe12O19(PFO)三相,热处理时间则对粉末形成影响不大。不同的原料粉末在1150℃下烧结后均形成了PTO和NFO两相均匀分布的复相陶瓷。控制在粉末先驱体中预先形成需要的两相,并控制相对较高的PTO相含量,可得到介电性能相对较好的陶瓷。控制相对较低的原料粉末制备温度,抑制PTO相在原料粉末中的形成,有利于得到较好磁性能的复相陶瓷,也即控制原料中的晶相形成,可以调节这种铁电铁磁两相复合陶瓷的性能。     

润扬长江公路大桥船撞数值模拟与复合材料防撞系统设计

准确预测船撞作用下的桥墩受力值,对评估船桥碰撞后桥梁的安全性及进行合理防撞结构设计具有重要意义。由于船舶与桥梁均具有复杂的结构形式和受力行为,因此船撞力的准确计算目前主要借助于有限元数值模拟。本文围绕润扬长江大桥北叉斜拉桥展开防撞设计,首先应用经验公式预估船撞力,然后通过ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件模拟了3000t级船舶满载正撞、满载正桥向20°和满载侧桥向20°撞击北汊桥的下塔柱,归纳在各种工况下的碰撞能量和碰撞力时程曲线,进而与经验公式值进行对比;在此基础上,进行了桥梁防船撞系统的结构设计,并利用有限元软件分析对比桥墩是否设置防撞系统两种工况下所受的撞击力值。研究结果表明,各国经验公式计算结果相差较大,必须结合有限元仿真模拟计算船撞力;同时本文设计的自浮式D350型圆形截面复合材料防船撞系统具有大变形能力与良好的缓冲吸能效果,可以同时减轻桥墩与船舶的受损程度;有限元分析表明桥墩设置防撞系统后,所受的撞击力可下降34%。     

复合材料管-钢管约束混凝土组合柱的轴压性能

通过纤维增强复合材料(FRP)管-钢管约束混凝土组合柱的轴压试验,分析组合柱的受力特点、破坏形态、本构关系和承载力。结果表明:在荷载作用初期,FRP管的约束作用较小;在荷载作用后期,FRP管的环向应力增长较快,故以FRP管的环向断裂作为承载力极限状态指标。将现有理论计算模型与试验所得受约束混凝土的应力-应变关系进行对比,发现空心构件极限应变的理论计算误差较大,而实心构件吻合较好。最后提出了一种可用于确定实心组合柱极限承载力的简化计算方法,理论计算结果与试验值符合较好。     

内河桥梁用新型复合材料防船撞护舷的结构设计与工程应用

围绕常溧线航道升级改造需要,研发了一种固定式复合材料防撞护舷,通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件计算了防撞消能效果,采用真空导入工艺实现了工业化制造,通过钢管混凝土定位桩和膨胀螺栓实现了防撞护舷与桥墩之间的连接。结果表明,设置端头防撞护舷后,桥墩受到的最大横桥向船撞力下降38.0%;设置侧面防撞护舷后,桥墩沿横桥向、顺桥向方向受到的最大船撞力分别削减了41.8%、29.3%。复合材料防撞护舷性能优异,能大幅削减船撞力,有效保护桥梁结构安全,适应航道升级改造的需要,为内河航道桥梁的防撞保护提供了新的思路。     

基于船-桥碰撞接触时间的船撞力简化计算方法

通过数值模拟初步分析了不同吨位船舶撞击代表性桥梁工程的接触时间,根据船 桥碰撞动力学模型得出了船撞力和接触时间的理论解;分析了船舶质量、初始撞击速度、船艏刚度以及桥墩刚度等参数对碰撞接触时间的影响,拟合出碰撞接触时间的简化计算公式,并通过实际船 桥碰撞工程的数值模拟对简化计算公式进行了验证,从而修正了中国《公路桥涵设计通用规范》中关于漂浮物撞击桥梁的碰撞接触时间的定义;基于冲量定理分析了船 桥碰撞接触时间与峰值船撞力的关系,研究了船撞力时程曲线与正弦波和三角波的关系,并与数值模拟结果进行了对比分析,建立了峰值船撞力简化计算公式。结果表明:船 桥碰撞接触时间与船舶质量和接触刚度有关;峰值撞击力计算值与数值模拟结果吻合较好。     

波纹腹板增强泡沫夹芯复合材料结构准静态压缩吸能特性

随着车船运输量与日俱增,由此引发的车船撞击结构物的事故频发,造成严重的生命财产损失与结构破坏,亟需为桥梁等结构物设置防护吸能装置。该文提出了一种新型波纹腹板增强泡沫夹芯复合材料吸能结构。该复合结构以聚氨酯泡沫为芯材,玻璃纤维增强复合材料(Glass fiber reinforced polymer,简称GFRP)为面板,在波纹型泡沫的间隙铺设双轴向玻璃纤维布,利用真空导入工艺成型。通过波纹腹板增强泡沫夹芯复合材料结构的准静态压缩试验,研究了波纹腹板与面板壁厚以及波长对夹芯结构破坏模式、承载能力以及吸能特性的影响。试验结果表明：腹板壁厚较大、波长较短的试件吸能效果最优。此外,对试验工况进行了有限元数值模拟,分析了腹板壁厚与泡沫密度因素对试件承载力的影响,为其在防撞领域的应用提供一定依据。