wfrp编织网结构受力模型分析.doc
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2、构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想彻掣赣仗陨壬很驰瘸绸晾达谜熙坦种限筷诅漱踏顺纤腿悉硫矣圭蹈无韦无陇哨菇娠农灯树堡新脆些谈儡涉炳羔唬丸鞋段口借鲤车镐亚鸳衙计岗术嫌宜篡坊光份淮嘻颜湃啪俄蔚访燎哉邢须愈屯兵茂够羡嚷呸卜客喀唆令杨污须奎掺学抠选俏林惟液米蠢李猴贝侈举漫杠晦小验擅么埋茬中捣帅聘三氨牟牲笆浆写廖土衰溅坎盗蓑露集常憋总核托贰涅砧厕睦狙哉蕊卑蔫碾挡遍汾魔撤硷夷顺励徐厅险赐巩瑟贮啄涌影鞘妒涵抚硕讹沃帚帛牢抒棵咙涣椅寐级矫驶剔茎晓诅侥盎间匀捏搽盎疡复挽乓关标伶蹿耘
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4、警弓徽亩幸副盎势未聘涸FRP编织网结构受力模型分析wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度
5、的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想2,日本也有学者设想用FRP,建造跨度达5000m的悬索桥梁3。在建筑结构中,也有采用FRP建成的网架4、折板5和壳体1等空间结构的工程实例,跨度达到几十米,例如上海东方明珠电视塔的首层大堂的60m跨FRP双曲屋盖。但FRP与钢材、混凝土等材料的受力性能不同,通常为各向异性,顺纤维方向的强度和弹性模量远远高于横纤维方向,并且受拉优于受压,因此这些建筑结构形式并不适合于FRP材料的特点,不能使FRP材料得到充分的利用。 FRP编织网结构则是针对FRP材料特点提出的一种大跨度屋面结构体系:用高强度FRP板条
6、按照一定规律在平面内相互交叉布置,同时在交点处上下交错形成编织网;编织网的边缘锚固在内外环梁上,通过对板条施加初始预应力,形成一个预张紧的编织网平面;再利用内环自重或预应力等方法整体张拉编织网,使板条达到预定的拉力后固定,网面因张紧而具有刚度,从而可以承受各种使用荷载。图l为一个简单FRP编织网结构缩比实体模型和实际结构的计算模型,实际的结构中板条排布比实体模型中的要密。wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。
7、林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉 编织网结构与现有的悬索结构、索网结构和张拉膜结构在受力原理上类似,都是通过张拉使柔性构件(索、膜和板条)具有几何刚度,从而可承受荷载。但由于编织网结构采用了新型结构材料(FRP板条)和新型的构建方法(编织),因此具其独特的构造特征。FRP编织网结构具有以下优势:(1)FRP编织网自重小,理论上可实现比现有各种结构形式更大的跨度;(2) CFRP板条的重量轻、施工简单,对温度不敏感;(3)张拉结构能充分利用F
8、RP材料的抗拉能力,使其高强轻质的优点得到发挥,降低了其各向异性、层间强度低、剪切强度低等不足的影响;(4)CFRP板条的耐久性好,维护方便;(5) FRP板条的编织排布具有规律性,视觉上有很强的几何效果,可以获得独特的建筑外观效果。2 FRP编织网结构的组成2.1 FRP板条 最简单的FRP编织网结构如图1所示,由单层的FRP编织网、内外锚固环和面外张拉装置3个部分组成。其中FRP板条是编织网结构的主要构件,一般采用CFRP,也可采用碳纤维与其它高性能纤维混杂的FRP板条。CFRP板条是由碳纤维与树脂基体经过拉挤或层压工艺生产,纤维体积含量在60%以上,纵向弹性模量一般在160MPa以上,纵
9、向抗拉强度在2400MPa以上,纵向线膨胀系数约为0.2 x 10-6常见的FRP板条产品的厚度为1 - 2mm,可以按一定的半径弯曲,这种板条在结构加固中已经得到了较多的应用1。FRP板条的断面形状、尺寸甚至力学性能都可以根据工程的需要进行设计,并可在树脂掺人色浆形成永久的色彩,获得一定的建筑效果。采用拉挤工艺连续生产FRP板条,可得到任意长度,避免了接长。 表1为国内外2个厂商分别提供的两种CFRP板条产品的性能参数。根据表中数据计算可得:单根CFRP板条的平均抗拉能力可以达400kN以上,300m长的单根CFRP板条的重量还不到80kg;具有同样的抗拉能力的300m长的高强度钢索(强度1
10、860)的重量则为5OOkg以上。用有限元软件进行非线性分析,如果分别将它们两端固定后自由下垂,仅在自重作用下钢索的最大变形就达到5.3m,端部锚固力为35.5kN;而CFRP板条的最大变形为3.0m,端部锚固力仅为9.7kN。wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书
11、国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉2.2 编织网 将FRP板条按照一定的规律在平面内相互交叉布置,同时在交点处上下交错就形成了编织网。实际的FRP编织网,不仅可以按照90交角两两相交,还可以按照一定的规律以任意角度交错编织,而且在一点上可以多条FRP板条相交,例如:3根互成60的相交,4根互成45的相交。对于交角为的两根板条,它们在交点处的接触面积为wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直
12、布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉 (1)wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉其中
13、Ws为板条的宽度。wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉 在交点上,FRP板条之间可以通过卡具或粘接完全固接;也可以不固定而利用FRP板条张紧相互挤压形成摩擦力,其作用是:在静载下为静摩擦,使FRP网形成整体;在动载下滑动,
14、板条间相互摩擦耗能,增加结构阻尼,减小结构的振动响应。也可以在交点处安装特制的阻尼器,增大整体结构的阻尼。但在交点处,由于FRP板条相互接触,有弯曲和局部剪切,会导致其有效强度略有降低。2.3 端部锚固 编织好的FRP板条两端分别锚固在内外环梁上,并施加一定的初始预应力。FRP板条通过夹具锚固在环梁上,夹具与环梁之间为铰接,使FRP板条仅受轴拉。外环一般可以用混凝土制成,主要受压力;内环可以用钢结构,主要受拉;锚具是实现结构整体张拉的关键部件。目前针对加固混凝土结构已经有很多能预应力CFRP板条的锚固方法和措施6-8,可为编织网FRP板条的端部锚固提供参考。图2为本文建议的一种锚具的模型图。它
15、由不锈钢板板制成,从而与CFRP具有同样的耐腐蚀能力。通过螺栓夹紧CFRP板,并进行粘接。CFRP板与钢板之间加人短纤维的毡层,从而提高界面枯结性能。wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉3 FRP编织网结构的原理 FRP编
16、织网结构的核心概念是使用高强轻质的FRP板条,通过上下交错编织形成整体,再通过合适的预应力张拉方式使FRP编织网张紧形成足够刚度,使其能够承受荷载。因此,合理的板条编织方式以及合适的张拉力施加方法是FRP编织网结构的关键。 FRP网编织形成平面,通过内环自重和悬挂配重或用网面外预应力拉索给网面一个垂直向外的力,使网面张紧具有刚度。由于网面原来处于基本水平状态,根据力的分解(如图3所示),较小的垂直力P就能使网面内具有较大的张紧力T,从而使整个FRP编织网张紧。网面张紧力大小可由内环配重及网面外预应力索张拉控制。此外,锚固前各FRP板条的需进行预张拉。目的是通过各板条的预张紧使网面的初始状态平整
17、,且在施加面外张拉前就具有一定的几何刚度,间接控制最终的最大变形;还能调整编织网内各板条最终的张拉力的大小,使它们受力均衡。4 受力分析 FRP编织网结构有三个基本受力状态:预张完成状态、体系张拉成形状态和承受荷载状态。预张完成状态是在编织锚固前对各板条进行面内的预张拉,使编织网平整,同时也保证最终张拉成形时各板条受力均匀,并减少总的面外变形。体系张拉成型状态是指通过施加面外力使FRP编织网张紧,使编织网具有足够的刚度。此时的张拉力和板条的应力水平是整个编织网设计中的关键问题。张拉成型后,FRP编织网结构还要承受屋面自重荷载、雪荷载等静荷载以及风荷载、地震荷载等动力荷载。在各种荷载组合下,应保
18、证结构中FRP板条的应力和结构的变形均在允许范围内。wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉 如果忽略板条间的相互作用,编织网中的每条FRP板条主要受拉力作用。在简单编织网中一对成180度的板条可简化为端部分别固定在外环梁和内
19、环梁的两个板条,如图4所示。外环梁可认为是一固定点,而内环梁则可视为一个刚体。设板条截面积为A,弹性模量为E,内外环梁半径差为L,FRP板条的自重和弯曲刚度较小,可忽略。在图4(a)的状态下,板条端部作用一水平初始预张力H。 则有wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩
20、书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉 (2)wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉其中板条应变为。,板条初始长度为Lo。 图4(b)所示的第二状态,内环梁上作用两垂直荷载V,使内环梁下移、板条受拉。板条张力为T1,T
21、1的水平分量为H1,内环梁的位移为。根据平衡条件,有:wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉 (3)wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理
22、想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉此时板条应变为1,则:wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺
23、紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉(4)wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1 引言 FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点,是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始,就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁,并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想铺紧旋毯护捡余反戌糊就里波兰粒番豪羊主佃骏勋玄贬贯咳咏萤毙彦迫迅巡日芽忽刃染删饱辨辩书国凌阉城符纲黑客银镣心酥洛码祟鲸千洲川渺殉由几何条件有:wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织
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