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橋梁是決定交通通行能力和通行效率的關鍵樞紐，是國家重要的基礎設施和關系到社會、經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的生命線工程，近年來經(jīng)濟發(fā)展對橋梁結構的架設速度，長期可靠性，抗超載和抗疲勞等性能提出了更高的要求。纖維增強聚合物基復合材料(Fiber Reinforced Polymer，F(xiàn)RP)以其優(yōu)良的力學性能和物理化學性能，在橋梁工程中的應用量在不斷擴大，對其進行的強度分析研究也越來越多。
從上世紀70年代開始，F(xiàn)RP就開始在橋梁工程中嘗試應用。英國，美國和以色列最先應用這種新型材料作為建筑和橋梁結構中的主要構件。70年代后期，我國也開始對FRP橋梁進行研究，當時大多采用的是GFRP。隨著FRP在結構工程中被逐漸接受，F(xiàn)RP在橋梁結構中的應用迅速發(fā)展。纖維復合材料的密度僅為鋼的1/4-1/5，比強度為普通鋼的20-50倍，是高強度合金的2-4倍。其工程性能具有下列優(yōu)點：(1)對特種載荷可以進行優(yōu)化設計，(2)減少結構的靜載荷，增加結構的額定載荷，(3)減少維護成本，增加工作壽命，(4)現(xiàn)場不需要重型安裝設備，減少安裝成本，(5)施工速度快，減少交通中斷時間，(6)增加結構的耐久性和抗斷裂性能。
FRP的主要缺點體現(xiàn)在其高聚物基體在火災環(huán)境下容易被點燃，同時由于樹脂基體的玻璃化溫度較低(一般小于200℃)，高溫會導致樹脂基體軟化，F(xiàn)RP的力學性能下降，從而影響FRP橋梁的安全穩(wěn)定性能。此外與傳統(tǒng)結構材料不同，F(xiàn)RP制品通常為各向異性，沿纖維方向的強度和彈性模量較高，而垂直纖維方向的強度和彈性模量很低。由于FRP的各向異性，在受力性能上還有許多不同于傳統(tǒng)結構材料的現(xiàn)象，如拉伸翹曲現(xiàn)象，這些都會增加FRP結構的分析與設計難度，合理地將FRP應用于各類結構中已成為工程結構應用發(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)三明治結構復合材料人行橋。TSCB項目是瑞士南方應用科技大學、廣東工業(yè)大學、瑞士BLUE輕結構設計工作室、MIKI復合材料公司、AIR-LIGHT公司以及瑞士提切諾州政府合作項目，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人行橋梁進行強度分析以及在極限行人載荷下的跨中豎向撓度分析，并使用失效準則判定碳纖維復合材料的各層失效情況。
FRP橋梁一般分為FRP結構橋梁和FRP組合結構橋梁兩種。FRP結構是主要結構構件完全采用FRP材料組成的結構，F(xiàn)RP組合結構是指FRP材料與傳統(tǒng)的結構材料，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構形式。TSCB人行橋是一座全FRP結構的人行橋，橋梁由6個完全相同的基本空間單元模塊組成，每個空間單元模塊又由上下對稱的兩個部分組成，TSCB人行橋全長18m，寬4.21m，高2.408m，整橋質量為602kg。TSCB人行橋最突出的特點是創(chuàng)新的空間對稱式模塊化結構設計，使得TSCB人行橋相對傳統(tǒng)的FRP橋梁具備更快的施工架設速度，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，結構穩(wěn)定，承載能力強。
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