CFRP索在弦支結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究.pdf

1、CFRP索在弦支結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究索在弦支結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究ApplicationResearchofCFRPCableinCableSupptedStructureSystem領(lǐng)域：建筑與土木工程研究生：季園園指導(dǎo)教師：韓慶華教授企業(yè)導(dǎo)師：樂慈高級工程師天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一三年十一月摘要弦支結(jié)構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一類新型預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于會展中心、大型體育館、機(jī)場航站樓、火車站以及工業(yè)廠房等建筑中。隨著對弦支結(jié)構(gòu)研究

2、的深入，很多問題暴露了出來，目前工程中使用的鋼索耐腐蝕性差、比強(qiáng)度低、溫度作用明顯，導(dǎo)致很多結(jié)構(gòu)使用過程中由于鋼索銹蝕發(fā)生結(jié)構(gòu)倒塌或者結(jié)構(gòu)換索。要從根本上解決這些問題，最好的辦法就是采用抗腐蝕性能好、高性能低密度的碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料，簡稱CFRP。本文在既有理論和研究成果的基礎(chǔ)上提出了CFRP索弦支結(jié)構(gòu)體系，從索的垂度、索的有效彈性模量、索的傳載效率和承載效率方面，用理論推導(dǎo)的方法計算了CFRP單索的性能。以某工程實例為研究對象，建立兩

3、種有限元模型——鋼索弦支結(jié)構(gòu)和CFRP索弦支結(jié)構(gòu)，并對兩者分別進(jìn)行了靜力分析、穩(wěn)定分析、溫度作用分析和風(fēng)振響應(yīng)分析。得到的主要結(jié)論有：（1）在軸力、傾斜角度和長度一致的情況下，CFRP的垂度僅為鋼索的15；在不同長度和應(yīng)力水平下CFRP索的彈性模量損失比鋼索小很多；由于索的自重垂度會使索的傳載效率和承載效率降低，通過計算可得CFRP索作為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在弦支結(jié)構(gòu)中使用時，可認(rèn)為CFRP索不會因自身重力產(chǎn)生的垂度而發(fā)生較大變形，其初始軸線基本

4、保持不變，索的傳載效率和承載效率和初始設(shè)計值一樣，不隨時間變化而降低。（2）靜力分析時，相同的荷載工況下，CFRP索弦支結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力比鋼索弦支結(jié)構(gòu)大3~4MPa左右，但是CFRP索弦支結(jié)構(gòu)的索的應(yīng)力比鋼索弦支結(jié)構(gòu)中索的內(nèi)力小25MPa左右。（3）CFRP索在纖維縱向具有負(fù)熱膨脹特性，溫度變化20℃時，鋼拉索內(nèi)力損失了13%，CFRP索內(nèi)力損失10%，這表明在溫度變化時CFRP索弦支結(jié)構(gòu)的拉索的預(yù)應(yīng)力損失比鋼索弦支結(jié)構(gòu)的小。（4）穩(wěn)