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橋梁是決定交通通行能力和通行效率的關(guān)鍵樞紐，是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)系到社會、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的生命線工程，近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展對橋梁結(jié)構(gòu)的架設(shè)速度，長期可靠性，抗超載和抗疲勞等性能提出了更高的要求。纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer，F(xiàn)RP)以其優(yōu)良的力學(xué)性能和物理化學(xué)性能，在橋梁工程中的應(yīng)用量在不斷擴(kuò)大，對其進(jìn)行的強(qiáng)度分析研究也越來越多。
從上世紀(jì)70年代開始，F(xiàn)RP就開始在橋梁工程中嘗試應(yīng)用。英國，美國和以色列最先應(yīng)用這種新型材料作為建筑和橋梁結(jié)構(gòu)中的主要構(gòu)件。70年代后期，我國也開始對FRP橋梁進(jìn)行研究，當(dāng)時(shí)大多采用的是GFRP。隨著FRP在結(jié)構(gòu)工程中被逐漸接受，F(xiàn)RP在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用迅速發(fā)展。纖維復(fù)合材料的密度僅為鋼的1/4-1/5，比強(qiáng)度為普通鋼的20-50倍，是高強(qiáng)度合金的2-4倍。其工程性能具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)對特種載荷可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，(2)減少結(jié)構(gòu)的靜載荷，增加結(jié)構(gòu)的額定載荷，(3)減少維護(hù)成本，增加工作壽命，(4)現(xiàn)場不需要重型安裝設(shè)備，減少安裝成本，(5)施工速度快，減少交通中斷時(shí)間，(6)增加結(jié)構(gòu)的耐久性和抗斷裂性能。
FRP的主要缺點(diǎn)體現(xiàn)在其高聚物基體在火災(zāi)環(huán)境下容易被點(diǎn)燃，同時(shí)由于樹脂基體的玻璃化溫度較低(一般小于200℃)，高溫會導(dǎo)致樹脂基體軟化，F(xiàn)RP的力學(xué)性能下降，從而影響FRP橋梁的安全穩(wěn)定性能。此外與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料不同，F(xiàn)RP制品通常為各向異性，沿纖維方向的強(qiáng)度和彈性模量較高，而垂直纖維方向的強(qiáng)度和彈性模量很低。由于FRP的各向異性，在受力性能上還有許多不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的現(xiàn)象，如拉伸翹曲現(xiàn)象，這些都會增加FRP結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)難度，合理地將FRP應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)中已成為工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用發(fā)展的重要方向。TSCB(Twin Shape Composed Beam)是一座由一組空間對稱模塊組成的CFRP(Carbon Fiber Rein-forced Polymer)三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料人行橋。TSCB項(xiàng)目是瑞士南方應(yīng)用科技大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、瑞士BLUE輕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作室、MIKI復(fù)合材料公司、AIR-LIGHT公司以及瑞士提切諾州政府合作項(xiàng)目，瑞士提切諾州將是第一座TSCB人行橋的使用客戶。本研究是TSCB項(xiàng)目中前期有限元仿真工作的一部分，主要通過大型有限元分析軟件ANSYS對TSCB人行橋梁進(jìn)行強(qiáng)度分析以及在極限行人載荷下的跨中豎向撓度分析，并使用失效準(zhǔn)則判定碳纖維復(fù)合材料的各層失效情況。
FRP橋梁一般分為FRP結(jié)構(gòu)橋梁和FRP組合結(jié)構(gòu)橋梁兩種。FRP結(jié)構(gòu)是主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件完全采用FRP材料組成的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)RP組合結(jié)構(gòu)是指FRP材料與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料，主要是混凝土和鋼材，通過合理的組合共同工作來承受載荷的結(jié)構(gòu)形式。TSCB人行橋是一座全FRP結(jié)構(gòu)的人行橋，橋梁由6個(gè)完全相同的基本空間單元模塊組成，每個(gè)空間單元模塊又由上下對稱的兩個(gè)部分組成，TSCB人行橋全長18m，寬4.21m，高2.408m，整橋質(zhì)量為602kg。TSCB人行橋最突出的特點(diǎn)是創(chuàng)新的空間對稱式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得TSCB人行橋相對傳統(tǒng)的FRP橋梁具備更快的施工架設(shè)速度，橋梁可以完全以模塊的形式在工廠里完成制造，整橋自重輕，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，承載能力強(qiáng)。
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