高良澗GFRP桁架橋結構設計分析

劉成才　章世祥　李西芝

摘 要：文章基于國內外相關設計規范及要求，結合國內最大GFRP復合材料桁架橋項目實施過程，對其分析計算進行總結，希望推進此類橋梁進一步應用。

關鍵詞：纖維復合材料；GFRP；桁架橋；設計

淮安高良澗閘區橋主橋為36.44m（GFRP）復合材料桁架橋，設計荷載：人群3.5kN/m2或6t小汽車，為國內最大跨徑全GFRP復合材料桁架橋。本文介紹主桁架總體及橋面受力分析過程。

1 模態驗算

參考美國《FRP人行橋設計規范》（AASHTO-2008）和《城市人行天橋與人行地道技術規范》（CJJ69-1995）規定：為避免共振，減少行人不安全感，天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3HZ。

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

2 撓度驗算

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

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

3 強度驗算

桁架橋結構構件的強度驗算采用應力驗算方式，材料強度安全系數取值參考英國規范規定：承載能力極限狀態中安全系數，持續荷載下取4.5，自動化生產拉擠成型時系數乘以1.1，即材料強度安全系數為4.95。

3.1 上弦桿強度驗算

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

3.2 下弦桿強度驗算

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

3.3 上平縱聯強度驗算

上平縱聯的最大拉伸正應力為3.46MPa，最大壓縮正應力為7.26MPa，小于GFRP材料強度，上平縱聯強度滿足要求。

3.4 下平縱聯強度驗算

下平縱聯的最大拉伸正應力為11.70MPa，最大壓縮正應力為4.46MPa，小于GFRP材料強度，下平縱聯強度滿足要求。

3.5 腹桿強度驗算

腹桿的最大拉伸正應力為31.56MPa，最大壓縮正應力為34.25MPa，小于GFRP材料強度，腹桿強度滿足要求。

4 橋面板分析

4.1 模型簡介

橋面板作為主要承載構件，其受力性能較為重要，分析時考慮人群及車載兩種工況，其中車載是控制工況，按實際的橋面鋪層結果，建立分層板單元模型，分別進行強度及位移驗算。

4.2 橋面板撓度驗算（見圖5、圖6）

4.3 橋面板強度驗算（見圖7）

4.4 橋面板實載試驗

由圖5可知橋面板最大局部變形為0.323mm，撓跨比為1/3095，滿足設計要求。

由圖6～7可知橋面板按Tsai-Wu張量準則及最大應力準則進行了強度驗算，數值都小于1，橋面板強度滿足設計要求；根據圖8橋面板實載測試，橋面板在試驗后沒有出現局部損壞開裂現象。

5 結束語

本文基于國內外相關設計規范及要求，分析了GFRP桁架橋設計理論、要求，提出依托工程GFRP桁架橋設計控制指標；分析GFRP桁架橋設計方面的基本理論，為數值模擬打下基礎；根據設計方面的研究成果，完成依托工程橋梁分析計算工作，為依托工程順利實施提供技術支撐。

參考文獻

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作者簡介：劉成才（1978-），男，漢族，高工，博士，主要從事橋梁設計及養護研究。