FRP—混凝土组合箱形截面双层交通结构体系受力机理及设计方法研究

The traditional concrete box girder can be applied to double-deck traffic. The existence problems are difficult molding system,long construction period, large dead-weight, and corrosion of the steel bar and so on. The FRP-concrete composite box section for double-deck traffic structural system is proposed to aviod these disadvantages. The system consists of FRP tube concrete space truss, FRP-concrete composite roof/floor plate. The material advantage of FRP and concrete can be made full use of by this structure, which can provide a new structure type for city three-dimensional transportation. Research on the mechanical behavior and design theory of this new structure will be conducted, such as the bearing capacity under double-deck static/dynamic load and the destructive test for the performance of whole structure, the connect of FRP tube concrete space truss and FRP-concrete, distortion effect and so on. Based on experimental study, reasonable analysis model will be found by FEM. Furthermore, the whole process simulation and parameter analysis will be conducted to obtain the bearing rule. Then the practical calculation formula and design theory will be proposed. The projects will provide experimental and theoretical basis for the application of FRP-concrete composite box section structure for achieving double-deck traffic for city bridges.

针对传统混凝土箱梁顶、底板均作为桥面系实现双层交通，存在制模难、施工周期长、自重大及钢筋易锈蚀等不足，提出FRP-混凝土组合箱形截面双层交通结构体系。该体系由FRP管混凝土空间桁架与FRP-混凝土组合顶、底板组成，可充分发挥FRP和混凝土材料各自优势，有效解决普通混凝土箱梁实现双层交通存在的难题，为城市立体交通建设提供一种新型组合结构型式。开展FRP-混凝土组合箱形截面双层交通结构体系受力机理及设计方法研究，将通过双层静载、动载和破坏性试验系统研究其整体受力性能，以及FRP管混凝土空间桁架、FRP-混凝土组合连接、截面畸变等关键性问题。在此基础上，建立合理的分析模型，进行非线性有限元全过程试验模拟和参数分析，提出适用计算公式和设计理论。项目研究可为FRP-混凝土组合箱形截面双层交通结构体系相关设计规范的编制、实现城市双层交通，提供试验依据和理论基础。

本项目面向城市双层交通的需求，针对传统混凝土箱梁制模难、自重大、施工周期长、钢筋易锈蚀等问题，结合玻璃纤维增强复合材料（GFRP）和自密实超高性能混凝土（RPC）两种材料的优异特性，提出了GFRP-自密实RPC组合箱形截面双层交通结构体系，可为城市立体交通提供一种新型组合结构型式。本项目在材料与构件两个层次，系统开展了GFRP-自密实RPC组合构件及其材料的力学性能、粘结性能及破坏机理研究；在结构层次，构建了GFRP组合平面桁架结构，研究了不同GFRP杆件连接节点的力学性能，以及组合平面桁架的受力机理与失效模式；在此基础上，设计制作了一种GFRP-自密实RPC组合双层箱形截面的梁模型，通过完成不同荷载工况下的静载试验，系统研究了GFRP-自密实RPC组合空间桁架间的协同工作性能、双层箱形结构的整体受力性能与受力机理、以及GFRP-RPC组合连接、箱形截面横向受力分布等关键性问题，并提出了相应的设计方法。项目研究成果可为FRP-混凝土组合箱形截面双层交通结构体系在城市桥梁中的应用，提供试验依据和理论基础。