基于CFRP的柔性装配式圬工拱桥结构承载及装配过程的有限元分析

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20210428.011

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (4): 75-82.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210428.011

基于CFRP的柔性装配式圬工拱桥结构承载及装配过程的有限元分析

温宇立^1,2, 潘美萍², 夏立鹏², 郑愚^2*

1.广东海洋大学机械与动力工程学院,湛江524088;
2.东莞理工学院生态环境与建筑工程学院,东莞523808

收稿日期:2020-07-21 出版日期:2021-04-28 发布日期:2021-04-30
通讯作者: 郑愚(1978-),男,博士,教授,主要从事新型材料结构方面的研究,zhengy@dgut.edu.cn。
作者简介:温宇立(1992-),男,硕士,助教,主要从事有限元分析方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(51678149);广东省普通高校基础研究与应用基础研究重点项目(2018KZDXM068)

THE NUMERICAL ANALYSIS OF LOADED AND CONSTRUCTION PROCESS OF A FLEXIBLE PREFABRICATED MASONRY ARCH BRIDGE BASED ON CFRP

WEN Yu-li^1,2, PAN Mei-ping², XIA Li-peng², ZHENG Yu^2*

1. School of Mechanical and Power Engineering, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China;
2. School of Environment and Civil Engineering, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808, China

Received:2020-07-21 Online:2021-04-28 Published:2021-04-30

摘要/Abstract

摘要： 基于FRP材料抗拉强度高、耐久性好的特点,本文对1种基于CFRP的新型柔性装配式圬工拱桥结构的力学性能进行分析,该结构体系在拥有传统圬工拱桥结构承载力高、耐久性好等特点的基础上,可解决施工难度高和危险性高的问题,具有广阔的应用前景。为研究装配式圬工拱桥结构的力学性能,基于ABAQUS有限元分析软件模拟装配式圬工拱桥的施工起吊过程及承载。通过对比装配式圬工拱桥承载时的试验结果,验证了此装配式圬工拱桥有限元模型的准确性,并根据结构各构件的受力情况分析了此柔性装配式圬工拱桥结构的破坏机理,数值模拟结果表明此装配式圬工拱桥结构具有较高的承载力且1/3跨是结构的最不利荷载作用点。此外,分析了不同起吊方案下装配式圬工拱桥的应力分布以及成拱后拱轴线的变化情况,结果表明CFRP材料作为结构连接件能够有效增强拱桥的整体稳定性,不同的起吊位置对于预制装配式圬工拱桥的应力分布以及变形有着较大的影响,施工方案7的整体应力应变分布满足结构安全要求、成拱后轴线流畅、拱圈稳定,对该类结构的设计以及施工控制提供了依据。

关键词: 圬工拱桥, 碳纤维增强复合材料, 预制拱块, 有限元分析, 装配式

Abstract: With the characteristics of fiber reinforced plastic (FRP) of high tensile strength and durability, a flexible prefabricated arch bridge system based on CFRP was developed, which is not only good at load and durability, but less construction difficulty and dangerous than traditional masonry arch bridge. For discussing the feasibility of prefabricated masonry arch bridge, the processes of loading and construction of the arch bridge were modelled via ABAQUS. The FEA model of arch bridge was verified and its failure mechanism was analyzed by comparing the result of numerical simulation and experiments. The results of FEA showed that flexible prefabricated arch bridge possessed great loading-carrying capacity and third span is the most unfavorable loading location. Furthermore, the numerical results of stress distribution of CFRP and axis deformation of flexible prefabricated arch system in different lifting programs showed that CFRP can reinforce the stability of arch bridge obviously and assembly performance is severely optimized by the No.7 lifting programs, providing a reference for the design and construction control of this kinds of flexible arch bridge.

Key words: masonry arch bridge, CFRP, prefabricated voussoirs, finite element analysis, prefabricated

中图分类号:

TB332

温宇立, 潘美萍, 夏立鹏, 郑愚. 基于CFRP的柔性装配式圬工拱桥结构承载及装配过程的有限元分析[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(4): 75-82.

WEN Yu-li, PAN Mei-ping, XIA Li-peng, ZHENG Yu. THE NUMERICAL ANALYSIS OF LOADED AND CONSTRUCTION PROCESS OF A FLEXIBLE PREFABRICATED MASONRY ARCH BRIDGE BASED ON CFRP[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(4): 75-82.

参考文献

[1] 王岗, 余绍宾. 圬工拱桥设计及施工[J]. 工业建筑, 2012(s1): 759-763.
[2] 金玉泉. 桥梁的病害及灾害[D]. 上海: 同济大学, 2006.
[3] 佚名. First bebo precast arch bridge: Progressive byron shire council successfully erects nine metre span[J]. Hume News, 1985, 62.
[4] TAYLOR S E, ROBINSON D, RITCHIE N, et al. Testing of half-scale model flexible concrete arches[C]//Bridge and Infrastructure Research in Ireland: Symposium. 2006.
[5] GUPTA A, TAYLOR S, LONG A, et al. A flexible concrete arch system for durable bridges[J]. IABSE Symposium Report, 2006, 92(8): 34-40.
[6] TAYLOR S E, ROBINSON D, LONG A E, et al. Testing of a novel flexible concrete arch system[C]//New York City Bridge Conference.2007.
[7] TAYLOR S E, GUPTA A, KIRKPATRICK J, et al. Monitoring of monkstown bridge a novel flexi-arch bridge system[C]//12th International Conference on Structural Faults and Repairs. Edinburgh: 2008.
[8] BOURKE J, TAYLOR S, ROBINSON D, et al. Modelling of solid and hollow voussoir flexiArch systems[C]//Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Bridge Engineering. Thomas Telford Ltd, 2013: 61-73.
[9] LONG A, MCPOLIN D, KIRKPATICK J, et al. FlexiArch: From concept to practical applications[J]. The Structural Engineer: Journal of the Institution of Structural Engineer, 2014, 92(7): 10-15.
[10] 邓拓, 郑愚, 林容辉, 等. 一种基于 FRP的便携式整体预制圬工拱桥结构[J]. 东莞理工学院学报, 2014(3): 90-96.
[11] 邓拓, 郑愚. 一种结合FRP新型拱桥的承载性能试验研究[J]. 公路, 2016(4): 55-60.
[12] LONG A, GUPTA A, MCPOLIN D, et al. Adapting the FlexiArch for widening a complex arch bridge[C]//Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Bridge Engineering. 2018: 246-251.
[13] 庄茁, 张帆, 岑松, 等. ABAQUS非线性有限元分析与实例[M]. 北京: 科学出版社, 2005.
[14] 陆新征, 冯鹏, 叶列平. FRP布约束混凝土方柱轴心受压性能的有限元分析[J]. 土木工程学报, 2003, 36(2): 46-51.
[15] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 混凝土结构设计规范: GB 50010—2010[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2015.
[16] DROSOPOULOS G A, STAVROULAKI G E, MASSALAS C V. FRP reinforcement of stone arch bridges: Unilateral contact models and limit analysis[J]. Composites Part B: Engineering, 2007, 38(2): 144-151.

基于CFRP的柔性装配式圬工拱桥结构承载及装配过程的有限元分析

THE NUMERICAL ANALYSIS OF LOADED AND CONSTRUCTION PROCESS OF A FLEXIBLE PREFABRICATED MASONRY ARCH BRIDGE BASED ON CFRP

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[1]	刘志, 张彬, 赵微微, 张勇. 聚氨酯复合材料步行板结构设计及力学性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 103-106.
[2]	杨智勇, 刘清念, 孙建波, 解永杰, 左小彪, 张建宝. 铺层角度偏差对曲面复合材料层合板形面轮廓的影响分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 17-26.
[3]	田会方, 任政, 吴迎峰, 张国武. 纤维缠绕罐工装杆旋拧装置设计与分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 105-110.
[4]	张若男, 陈建稳. 经编织物膜材偏轴中心撕裂行为及破坏机理[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(5): 28-36.
[5]	梁旭豪, 吴鑫锐, 张砚达, 沈峰, 王晓蕾, 白瑞祥. 复合材料杆件接头的结构设计与力学研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(5): 103-109.
[6]	彭昶玮, 黄君, 吴宇, 叶太智, 黄立新. 基于柔性结点梁单元和分层法的石墨烯/环氧树脂纳米复合材料力学性能预测[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(4): 18-26.
[7]	周满清, 张智梅, 程雯. 外贴CFRP加固RC连续梁的弯矩重分布性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(2): 31-37.
[8]	庄羊澎, 文子豪, 江晟达, 魏仲委, 赵西帅, 罗楚养. 耐高温复合材料舵面根部结构设计与验证[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(2): 45-51.
[9]	滕靓媚, 黄君, 黄立新. 基于分层法石墨烯增强功能梯度梁的有限元分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 13-21.
[10]	肖剑雄, 周向, 申政. 高速永磁电机转子碳纤维护套张力缠绕仿真分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 68-72.
[11]	张宏远, 蒋鹏, 宋佳宇, 李伟, 张志远, 李彩瑞, 闫孝伟. 基于模态声发射的碳纤维增强复合材料损伤机制识别[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(8): 11-17.
[12]	钱清锋, 邓安仲, 李飞, 罗盛, 高训鹏, 施霖. GFRP支撑结构扣件节点转动刚度研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(7): 11-16.
[13]	邱雪琼, 陈琳. 碳纤维增强复合材料层压板的热膨胀系数测量及理论计算方法[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(7): 28-32.
[14]	李磊, 宋贵宾, 郑华勇, 程鹏飞, 赵剑. 基于Puck准则的复合材料层压板低速冲击数值分析与试验验证[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(6): 20-25.
[15]	王淑霞, 于航, 商云龙, 郭建军. 石墨烯及其衍生物在碳纤维增强复合材料中的处理技术及应用[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(5): 120-128.