带蒙皮复合材料格栅增强混凝土板受弯试验与理论研究

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本文创新地提出了一种FRP-混凝土组合板形式——带蒙皮复合材料格栅增强混凝土板,该类型板可通过在带有蒙皮的复合材料格栅上直接浇筑混凝土制作而成成,由于复合材料格栅下侧增设有复合材料蒙皮,因此在浇筑时,该蒙皮具有双重作用:1作为混凝土浇筑时的模板;2参与混凝土硬化成型后的协同受力。由于混凝土本身抗压强度和刚度较大,但抗拉能力较差;而复合材料有着较高的抗拉强度和良好的耐腐蚀性能,但其弹模较低,刚度较小。如果将两者采取上述方法结合起来共同参与受力,则能取长补短,充分发挥各自的优势。此种新型组合板,成本低廉、制作简单、便于工业化生产,可用于栈道面板、桥面板、铁路盖板以及腐蚀性较强的环境下,具有良好的推广应用价值。本文借助试验研究、理论分析,对带蒙皮复合材料格栅增强混凝土板受弯性能进行了研究,主要研究内容及结论如下:  (1)对具有不同设计参数(FRP格栅肋高度、FRP格栅肋高度、FRP蒙皮厚度)的复合材料格栅增强混凝土板进行了受弯试验研究,得到了该类型板件在弯曲荷载作用下的破坏形态、极限荷载、跨中位移和应变变化规律等,分析了以上三个设计参数对其受弯性能的影响,并得出了相关结论。  (2)采用换算截面法推导了带蒙皮复合材料格栅增强混凝土板截面在使用阶段的截面有效抗弯刚度,并通过材料力学的方法推导了板件跨中挠度的计算公式,将试验和理论所得的荷载-位移曲线进行了对比;提出了该类型板件的三种弯曲破坏模式,根据平截面假定推导了不同破坏模式下该类型板件的弯曲极限承载力计算公式,并结合试验结果进行算例分析,将理论值和试件值进行了对比。  (3)采用Matlab优化工具箱中的fmincon函数对带蒙皮复合材料格栅增强混凝土桥面板分别进行了基于重量和价格最优化的优化设计,并依据相关规范进行带蒙皮复合材料格栅增强混凝土桥面板的设计并给出设计实例及计算方法。
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