高良澗GFRP桁架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

劉成才　章世祥　李西芝

摘 要：文章基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及要求，結(jié)合國(guó)內(nèi)最大GFRP復(fù)合材料桁架橋項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程，對(duì)其分析計(jì)算進(jìn)行總結(jié)，希望推進(jìn)此類(lèi)橋梁進(jìn)一步應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：纖維復(fù)合材料；GFRP；桁架橋；設(shè)計(jì)

淮安高良澗閘區(qū)橋主橋?yàn)?6.44m（GFRP）復(fù)合材料桁架橋，設(shè)計(jì)荷載：人群3.5kN/m2或6t小汽車(chē)，為國(guó)內(nèi)最大跨徑全GFRP復(fù)合材料桁架橋。本文介紹主桁架總體及橋面受力分析過(guò)程。

1 模態(tài)驗(yàn)算

參考美國(guó)《FRP人行橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（AASHTO-2008）和《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-1995）規(guī)定：為避免共振，減少行人不安全感，天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3HZ。

由上圖1可以看出，依托工程GFRP桁架橋豎向振動(dòng)基頻為4.5668HZ>3HZ，滿足規(guī)范要求。

2 撓度驗(yàn)算

擬定桁架橋的結(jié)構(gòu)撓度要求為：橋梁在活載作用下（汽車(chē)荷載或人群荷載）豎向撓度不超過(guò)橋梁跨徑的1/500。

由上圖2可以看出，依托工程GFRP桁架橋在汽車(chē)荷載作用下豎向撓度為7.554mm

3 強(qiáng)度驗(yàn)算

桁架橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算采用應(yīng)力驗(yàn)算方式，材料強(qiáng)度安全系數(shù)取值參考英國(guó)規(guī)范規(guī)定：承載能力極限狀態(tài)中安全系數(shù)，持續(xù)荷載下取4.5，自動(dòng)化生產(chǎn)拉擠成型時(shí)系數(shù)乘以1.1，即材料強(qiáng)度安全系數(shù)為4.95。

3.1 上弦桿強(qiáng)度驗(yàn)算

由圖3可知上弦桿的最大拉伸正應(yīng)力為20.89MPa，最大壓縮正應(yīng)力為38.34MPa，小于GFRP材料強(qiáng)度，上弦桿強(qiáng)度滿足要求。

3.2 下弦桿強(qiáng)度驗(yàn)算

由圖4可知下弦桿的最大拉伸正應(yīng)力為30.60MPa，最大壓縮正應(yīng)力為39.66MPa，小于GFRP材料強(qiáng)度，下弦桿強(qiáng)度滿足要求，需注意的是，最大壓力出現(xiàn)在支座位置，此處易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，需采取必要措施。

3.3 上平縱聯(lián)強(qiáng)度驗(yàn)算

上平縱聯(lián)的最大拉伸正應(yīng)力為3.46MPa，最大壓縮正應(yīng)力為7.26MPa，小于GFRP材料強(qiáng)度，上平縱聯(lián)強(qiáng)度滿足要求。

3.4 下平縱聯(lián)強(qiáng)度驗(yàn)算

下平縱聯(lián)的最大拉伸正應(yīng)力為11.70MPa，最大壓縮正應(yīng)力為4.46MPa，小于GFRP材料強(qiáng)度，下平縱聯(lián)強(qiáng)度滿足要求。

3.5 腹桿強(qiáng)度驗(yàn)算

腹桿的最大拉伸正應(yīng)力為31.56MPa，最大壓縮正應(yīng)力為34.25MPa，小于GFRP材料強(qiáng)度，腹桿強(qiáng)度滿足要求。

4 橋面板分析

4.1 模型簡(jiǎn)介

橋面板作為主要承載構(gòu)件，其受力性能較為重要，分析時(shí)考慮人群及車(chē)載兩種工況，其中車(chē)載是控制工況，按實(shí)際的橋面鋪層結(jié)果，建立分層板單元模型，分別進(jìn)行強(qiáng)度及位移驗(yàn)算。

4.2 橋面板撓度驗(yàn)算（見(jiàn)圖5、圖6）

4.3 橋面板強(qiáng)度驗(yàn)算（見(jiàn)圖7）

4.4 橋面板實(shí)載試驗(yàn)

由圖5可知橋面板最大局部變形為0.323mm，撓跨比為1/3095，滿足設(shè)計(jì)要求。

由圖6～7可知橋面板按Tsai-Wu張量準(zhǔn)則及最大應(yīng)力準(zhǔn)則進(jìn)行了強(qiáng)度驗(yàn)算，數(shù)值都小于1，橋面板強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；根據(jù)圖8橋面板實(shí)載測(cè)試，橋面板在試驗(yàn)后沒(méi)有出現(xiàn)局部損壞開(kāi)裂現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及要求，分析了GFRP桁架橋設(shè)計(jì)理論、要求，提出依托工程GFRP桁架橋設(shè)計(jì)控制指標(biāo)；分析GFRP桁架橋設(shè)計(jì)方面的基本理論，為數(shù)值模擬打下基礎(chǔ)；根據(jù)設(shè)計(jì)方面的研究成果，完成依托工程橋梁分析計(jì)算工作，為依托工程順利實(shí)施提供技術(shù)支撐。

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作者簡(jiǎn)介：劉成才（1978-），男，漢族，高工，博士，主要從事橋梁設(shè)計(jì)及養(yǎng)護(hù)研究。