FRP桥面板、FRP桥索大跨度悬吊体系桥梁性能研究

用FRP材料作桥索，能够充分发挥纤维材料抗拉强度高，蠕变小而且耐腐蚀的优势；而FRP桥面板重量轻，便于安装，应用于桥梁结构中可以大大减轻恒载及相应的地震荷载，使桥梁结构的跨度更大，而且能够抵抗除冰盐、海水的侵蚀，维护费用低。作为一种新型结构形式，对其开展有效的理论及试验研究，提出可靠的设计理论和方法，有利于推动这种结构形式的实用化。本项目将通过理论分析、试验及数值模拟等手段，研究采用FRP桥面板及FRP桥索的大跨度悬吊体系桥梁在静、动力作用下的受力机理和设计、施工中的关键技术问题，对其在使用荷载及极限荷载作用下的安全性能进行综合研究。本项目的研究将达到大跨度桥梁结构研究领域的国际领先地位，同时，为FRP材料在大跨度桥梁结构中的应用展现光明的前景。

FRP材料因其轻质高强和耐腐蚀等优点已经成为大跨度桥梁材料的新选择，为解决纯FRP构件建设初期的高昂费用和低于传统材料构件刚度的劣势，考虑采用FRP组合构件，降低纯FRP构件的费用并使组合构件各部分材料的性能得到充分发挥。本项目开展了GFRP-混凝土组合桥面板及CFRP-钢组合桥索的研究，主要工作如下：（1）提出了一种新型的GFRP-混凝土组合桥面板，该构件既能充分发挥两种材料的性能优势，又具有足够的刚度和良好的经济性能，并且GFRP构件还可兼做模板简化施工。（2）进行了新型GFRP-混凝土组合板的静载试验，测试了组合桥面板的刚度和强度等力学性能，试验结果证明新型GFRP-混凝土组合板具有良好的整体性能、力学性能和稳定性能。（3）采用有限元软件对GFRP-混凝土组合板桥面板的受力过程进行模拟，并与实验结果作了对比，对比结果表明有限元软件能较为准确地模拟GFRP-混凝土组合板的受力过程；有限元参数变化分析显示提高混凝土的强度等级及增大混凝土层的厚度，都能减小桥面板的挠度、提高极限承载力，但综合考虑各种因素，应优先采用提高混凝土强度等级的方法；和全GFRP桥面板、混凝土桥面板的模拟对比，表明和混凝土桥面板相比，组合桥面板具有更大的安全储备，而和GFRP空心桥面板相比，GFRP-混凝土组合桥面板具有更大的刚度；模拟结果还显示：新型桥面板的破坏是以混凝土的受压破坏为标志，此时GFRP材料还远远未达到其抗拉强度，破坏虽然是脆性破坏，但构件具有很大的安全储备。（4）对GFRP-混凝土组合桥面板进行了理论研究，给出了不考虑滑移影响的GFRP-混凝土组合板的挠度计算、抗弯承载力和抗剪承载力计算公式，建议公式在滑移出现前和试验结果吻合较好；提出了组合板界面连接设计方法，并进行了GFRP-混凝土组合桥面板和全GFRP桥面板、预应力混凝土桥面板的自重和价格方面的对比分析。（5）介绍了CFRP-钢组合桥索的设计思路与方法，通过一座主跨1400m斜拉桥的有限元分析，证明该方案相对传统方案整体刚度上的优势和其工程应用的可行性。研究表明：综合考虑自重、价格和刚度等因素，FRP组合构件的采用是设计大跨度悬吊体系桥梁的一种优选方法。