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2019年度進(jìn)展20:纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用研究

 唐繼舜 2020-04-10

1. 概述

    復(fù)合材料是以樹(shù)脂,、橡膠,、陶瓷,、水泥和金屬等基體為連續(xù)相,以剛性粒塊和纖維等增強(qiáng)體為分散相,,通過(guò)適當(dāng)?shù)闹苽浞椒▽⒃鰪?qiáng)體均勻性地分散于基體材料中,,形成一個(gè)綜合性能優(yōu)于任一單一成分的復(fù)合體系,這一體系材料稱之為復(fù)合材料,。應(yīng)用復(fù)合材料理念的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng),,人類最先直接采用天然的有機(jī)復(fù)合材料-木材和竹材,就是由有纖維素纖維(抗拉性很強(qiáng))和基質(zhì)(抗壓性強(qiáng))組成,。在粘土中加入稻草或秸稈曬制或燒制磚塊應(yīng)該是人類有意識(shí)的設(shè)計(jì)和使用復(fù)合材料的開(kāi)始,,在此基礎(chǔ)上發(fā)展得到了今天隨處可見(jiàn)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)40年代,,玻璃纖維增強(qiáng)塑料(俗稱玻璃鋼)的出現(xiàn),,才正式有了復(fù)合材料(Composite material)這一名稱,復(fù)合材料也得到飛速發(fā)展,,如圖1所示,。后來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)了高強(qiáng)度、高模量纖維與合成樹(shù)脂,、碳,、石墨、陶瓷,、橡膠等非金屬基體或鋁,、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合,,構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料,,在航空航天、艦船,、建筑等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,。航空航天領(lǐng)域已經(jīng)形成了較完整的復(fù)合材料工業(yè)體系,波音787機(jī)體重量的50%為碳纖維制造,,如圖2所示,,空客飛機(jī)的復(fù)合材料使用量也在逐年快速增加。由于采用了材料-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)理念,,如圖3所示,,應(yīng)用復(fù)合材料的飛機(jī)在材料、制造和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中具有超過(guò)傳統(tǒng)飛機(jī)的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的應(yīng)用前景,。

圖1 復(fù)合材料發(fā)展歷程

    纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的推廣與普及為橋梁工程提供了新的發(fā)展方向和更大的創(chuàng)新空間,,現(xiàn)階段橋梁工程常用的復(fù)合材料主要是樹(shù)脂基的纖維增強(qiáng)聚合物(Fibre-reinforced plastic,F(xiàn)RP),包括玻璃纖維(GFRP),、碳纖維(CFRP),、芳綸纖維(AFRP)及玄武巖纖維(BFRP)等增強(qiáng)聚合物,F(xiàn)RP材料適應(yīng)了現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)向大跨,、輕質(zhì),、耐久的需求,成為砌體,、混凝土和鋼材等傳統(tǒng)建筑材料之外的重要工程材料,。根據(jù)其組成特點(diǎn),F(xiàn)RP強(qiáng)度,、彈性模量,、耐久性和特殊功能等關(guān)鍵材料性能方面可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì),這是傳統(tǒng)的混凝土和鋼材難以比擬的,。因此復(fù)合材料橋梁給橋梁結(jié)構(gòu)新形式和新設(shè)計(jì)理念提供了發(fā)展機(jī)會(huì),,也給現(xiàn)有工程管理體制提出了巨大挑戰(zhàn)。本文將從FRP材料性能,、構(gòu)件和橋梁結(jié)構(gòu)三個(gè)層次對(duì)近年來(lái)FRP在橋梁工程中的研究和應(yīng)用進(jìn)行回顧,,所引用文獻(xiàn)主要為核心及以上期刊如Composite Structures、Engineering Structures,、Journal of composites for construction,、土木工程學(xué)報(bào)、工程力學(xué),、工業(yè)建筑,、復(fù)合材料學(xué)報(bào)等。本研究進(jìn)展的錯(cuò)誤和遺漏在所難免,,敬請(qǐng)同行批評(píng)指正,。

圖2 波音787的復(fù)合材料應(yīng)用情況[1]

圖3 航空工業(yè)復(fù)合材料的材料-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)理念[1]



2. 纖維增強(qiáng)(FRP)復(fù)合材料性能

2.1 FRP材料靜力性能

    FRP是將纖維和樹(shù)脂基體通過(guò)一定制備工藝固化后形成的具有特定形狀和性能的結(jié)構(gòu)材料,如圖4所示,,其中纖維一般包括碳纖維,、芳綸纖維,、玻璃纖維,、玄武巖纖維等,樹(shù)脂包括環(huán)氧樹(shù)脂,、乙烯基樹(shù)脂,、不飽和聚酯樹(shù)脂等。FRP是力學(xué)性質(zhì)不同的纖維和樹(shù)脂按照設(shè)定的比例和條件復(fù)合而成的新材料,,纖維與樹(shù)脂之間有明顯的界面存在,,其力學(xué)性能一般基于組分線性迭加復(fù)合原則,如圖5所示。纖維材料的抗拉強(qiáng)度和拉伸模量,,很大程度上決定了FRP的力學(xué)性能,,常用纖維一般根據(jù)這兩項(xiàng)基本指標(biāo)進(jìn)行區(qū)分,彈性模量越高,,成本越高,,各類纖維性能價(jià)格(2018年統(tǒng)計(jì))比較見(jiàn)表1。高性能纖維材料的生產(chǎn)基本上被日本和歐洲的少數(shù)幾家公司控制,,如圖6所示為日本東麗公司的系列CFRP產(chǎn)品,。

圖4 典型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)造

圖5 FRP材料性能計(jì)算的線性復(fù)合原則

表1 各類纖維性能與價(jià)格對(duì)比[2]

圖6 東麗公司CFRP產(chǎn)品的力學(xué)性能

    與傳統(tǒng)建筑材料力學(xué)性能相比,F(xiàn)RP力學(xué)性能主要表現(xiàn)為以下三方面特點(diǎn):

    (1)線彈性,。由于纖維可近似看作是線彈性材料,,所以FRP的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本上也是線彈性特征,不存在屈服平臺(tái),,如圖7所示,。

    (2)各向異性。FRP力學(xué)性能呈現(xiàn)明顯的各向異性,,抗拉強(qiáng)度和彈性模量與纖維方向和含量有很大關(guān)系,,如圖8和9所示。由于很多FRP是單向纖維,,所以垂直于纖維方向的性能相對(duì)較差,,如抗剪強(qiáng)度,成為制約其發(fā)展的一個(gè)因素,。

圖7 FRP應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖8 FRP性能與纖維含量的關(guān)系

圖9 FRP性能與纖維方向的關(guān)系

    (3)可設(shè)計(jì)性,。FRP制品性能由組成材料、配合比設(shè)計(jì),、制備工藝和應(yīng)用需要等確定,。力學(xué)性能可根據(jù)纖維的不同來(lái)選擇,結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)工程需要進(jìn)行設(shè)計(jì),。在基體和增強(qiáng)體結(jié)合形成材料的同時(shí),,也獲得構(gòu)件或結(jié)構(gòu),是可進(jìn)行材料-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)的材料,。

2.2 FRP材料疲勞性能

    由于FRP的材料特性,,其疲勞破壞過(guò)程與鋼材有很大區(qū)別,如圖10所示,,疲勞破壞的臨界狀態(tài)首先表征為開(kāi)裂,,實(shí)際上仍能承載,纖維有顯著的止裂效應(yīng),。因此,,F(xiàn)RP抗疲勞性能優(yōu)異,,按最大疲勞應(yīng)力,鋼疲勞強(qiáng)度一般是30%-50%的抗拉強(qiáng)度,,而CFRP疲勞強(qiáng)度可達(dá)到70% -80%的抗拉強(qiáng)度,,如圖11所示[3]。

圖10 FRP疲勞破壞過(guò)程

圖11 FRP材料的S-N曲線圖

2.3 FRP材料耐久性能

    作為一種新型工程材料,,F(xiàn)RP在服役條件下,,如腐蝕、溫度,、輻射等作用下的力學(xué)性能演化是關(guān)注的重點(diǎn),,Tian Qiao,馮鵬等[4]對(duì)1900多組FRP在各種環(huán)境下加速老化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析,,發(fā)現(xiàn):FRP對(duì)常溫下(100℃以下)的腐蝕環(huán)境不敏感,,耐久性能很好,但溫度超過(guò)100℃后力學(xué)性能快速下降[5],,如圖12所示,。

(a)腐蝕環(huán)境

(b)溫度效應(yīng)

圖12 FRP的耐久性能



3. FRP構(gòu)件研究與應(yīng)用

    根據(jù)不同的使用要求,典型的FRP制品形式可分為片材(布,、薄板等),、筋材(光面、肋紋,、纏繞等),、索材(平行索、絞索),、型材(具有一定截面形狀的制品,,如管材、工字型材等),、網(wǎng)格材(包括硬質(zhì)的網(wǎng)格和柔性的格柵)等[6],。輕質(zhì)高強(qiáng)的FRP材料具有良好的耐久性和抗疲勞性能,已經(jīng)在橋梁構(gòu)件中得到廣泛應(yīng)用,,主要形式在以下兩個(gè)方面:(1)用于提高剛度和承載能力的加固構(gòu)件,;(2)與鋼或混凝土結(jié)合,形成性能更優(yōu)的組合構(gòu)件,。

3.1 FRP加固構(gòu)件

     FRP最早被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域,,可封閉裂縫,有效提升極限承載能力,。橋梁加固用FRP主要是片材和筋材,。周朝陽(yáng)等[7]對(duì)CFRP布,邢麗麗等[8]對(duì)AFRP加固混凝土梁進(jìn)行試驗(yàn)研究,。薛偉辰[9]對(duì)AFRP筋與不同加固基體的黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了系統(tǒng)的拉拔試驗(yàn)研究。吳智深[10]開(kāi)發(fā)了BFRP網(wǎng)格/筋加固技術(shù),已在南京長(zhǎng)江大橋的加固修復(fù)中得到成功應(yīng)用,。然而,,大量橋梁病害研究表明:既有舊橋普遍存在的問(wèn)題是剛度不足,導(dǎo)致開(kāi)裂或變形過(guò)大,,直接粘貼FRP加固由于應(yīng)力滯后效應(yīng),,F(xiàn)RP材料的應(yīng)力水平一般不超過(guò)其抗拉強(qiáng)度的20%,加固效應(yīng)很低,。因此對(duì)FRP材料施加預(yù)應(yīng)力是提高加固效率和改善加固效果的有效途徑之一,,如彭暉等[11]提出了嵌入式錨固的預(yù)應(yīng)力CFRP板加固系統(tǒng)。由于CFRP抗拉強(qiáng)度和彈模都比較高,,所以預(yù)應(yīng)力CFRP加固技術(shù)得到快速發(fā)展,,近年來(lái)國(guó)內(nèi)已經(jīng)有工程應(yīng)用實(shí)例,如圖13所示,。

    在FRP加固鋼結(jié)構(gòu)方面,,葉華文[12,13]基于自主研發(fā)的預(yù)應(yīng)力CFRP板錨固及張拉系統(tǒng),采用多預(yù)應(yīng)力水平CFRP板加固受損鋼梁,,通過(guò)疲勞試驗(yàn)和理論分析,,評(píng)估無(wú)粘結(jié)CFRP板加固受損鋼梁疲勞性能,提出簡(jiǎn)便實(shí)用的疲勞壽命計(jì)算理論和分析方法,。陳濤,、余倩倩等[14]對(duì)CFRP加固受損鋼管和鋼板的裂紋擴(kuò)展及疲勞壽命進(jìn)行試驗(yàn)研究與分析。這些研究[13-15]結(jié)果都表明了預(yù)應(yīng)力FRP能顯著提高損傷鋼結(jié)構(gòu)的剩余壽命,。近年來(lái),,在預(yù)應(yīng)力FRP技術(shù)基礎(chǔ)上,國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者引入傳感器,,如光纖,,形成智能復(fù)合材料。周智,、歐進(jìn)萍等[16]采用自主研發(fā)的滿足拉擠成型工藝的OFBG-CFRP智能碳纖維復(fù)合板對(duì)混凝土梁進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固,,并利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CFRP板應(yīng)變。鄧?yán)誓莸萚17]研制智能碳纖維(CFRP-OFBG)板,,對(duì)鋼筋混凝土梁進(jìn)行嵌入式加固,,試驗(yàn)結(jié)果證明了CFRP-OFBG板在智能監(jiān)測(cè)方面有良好的適用性,為今后結(jié)構(gòu)加固與監(jiān)測(cè)一體化提供了重要參考,。

圖13 預(yù)應(yīng)力CFRP板加固技術(shù)

3.2 FRP組合構(gòu)件

    FRP組合構(gòu)件在新建橋梁中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,,主要表現(xiàn)為三種形式:

    (1)FRP與混凝土或鋼結(jié)合,形成多材料的復(fù)合受力單元,。最常見(jiàn)的是FRP混凝土組合梁構(gòu)件,,上部混凝土承受壓力,、下部FRP拉擠型材承受拉力[18]。滕錦光等[19]開(kāi)展了FRP-鋼-混凝土組合柱的研究,。祝明橋等[20]提出一種鋼-FRP組合平面桁架,。這些FRP組合梁柱在試驗(yàn)中性能優(yōu)異,但因受制于材料成本,、施工工藝和設(shè)計(jì)規(guī)范,,在實(shí)橋中的應(yīng)用很少。

    (2)FRP作為橋梁結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件之一,,如FRP拉索,。與傳統(tǒng)鋼絲索相比,F(xiàn)RP索耐腐蝕,,其疲勞強(qiáng)度也高于鋼索,,因此在大跨度的斜拉橋或懸索橋中使用,可降低索自重,,有利于結(jié)構(gòu)受力,。1996年Urs Meier在瑞士溫特圖爾(Winterthur)獨(dú)塔斜拉橋 Storchenbrucke橋(63 61m,公路橋),,采用了2根35m CFRP拉索,,近三十年來(lái)對(duì)CFRP索的應(yīng)力監(jiān)測(cè)表明了其狀態(tài)良好,圖14為筆者2018年參觀該橋,。我國(guó)江蘇大學(xué)也修建了CFRP索斜拉橋[21],。強(qiáng)士中、葉華文,、諸葛萍,、李翠娟等[22]基于國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目進(jìn)行主跨3500m級(jí)碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)主纜懸索橋原型設(shè)計(jì)研究,發(fā)現(xiàn)CFRP主纜的動(dòng)力特性是控制因素,。由于FRP抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度,,阻礙FRP拉索大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題是錨固系統(tǒng),諸葛萍,、侯蘇偉等[23],、汪昕[24]提出提出了性能較好的錨具設(shè)計(jì),實(shí)橋應(yīng)用仍需繼續(xù)研究,。

圖14 Winterthur公路橋 CFRP索

    (3)FRP型材作為橋面結(jié)構(gòu)或橋墩船撞防護(hù),。熊治華、劉玉擎等[25]對(duì)GFRP 橋面板的制作與受力性能進(jìn)行研究,,提出了大規(guī)模工程應(yīng)用的建議,。劉偉慶等[2]提出了復(fù)合材料橋梁防船撞系統(tǒng),并應(yīng)用于多項(xiàng)實(shí)際工程中,。

    由于FRP制造工藝和材料性能的特點(diǎn),,難以避免會(huì)存在缺陷或損傷,,這些缺陷或損傷對(duì)FRP結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、疲勞性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響,。因此FRP構(gòu)件缺陷和損傷無(wú)損檢測(cè)方法,、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以及測(cè)試設(shè)備是FRP構(gòu)件正常服役的保證,,航空航天行業(yè)已經(jīng)出臺(tái)了一些相應(yīng)規(guī)范,,在橋梁結(jié)構(gòu)上仍然缺乏關(guān)注。

    目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)FRP組合構(gòu)件開(kāi)展了一系列研究工作,,在制作工藝,、基本力學(xué)性能、耐久性,、工程應(yīng)用等多方面積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù),,推動(dòng)了其發(fā)展。在現(xiàn)有成果基礎(chǔ)上,,F(xiàn)RP構(gòu)件的推廣應(yīng)用還需解決以下兩方面問(wèn)題:(Ⅰ)FRP構(gòu)件與傳統(tǒng)建筑材料構(gòu)件的連接構(gòu)造的可靠性與耐久性,;(Ⅱ)FRP構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與制造、性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù),。



4. 全FRP橋梁結(jié)構(gòu)

    近三十年來(lái),,F(xiàn)RP材料用于橋梁主要受力構(gòu)件的工程實(shí)例越來(lái)越多。1986年重慶交通學(xué)院(現(xiàn)重慶交通大學(xué))在校門口修建了一座主跨27m的全部用GFRP制作的獨(dú)塔單索面斜拉人行橋,,造型優(yōu)美,,是我國(guó)第一座全FRP橋梁,可惜后來(lái)因故拆除,。圖15是紐約市2019年完工的第一座FRP人行天橋,,全長(zhǎng)約70米,桁架和橋面均采用FRP材料,。緬因大學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料中心2019年研發(fā)的拱橋主拱采用FRP管,,跨度可達(dá)24m,如圖16所示,,研發(fā)的AIT CT梁系統(tǒng)由FRP 筒組成,,比鋼材輕50% ,比混凝土梁輕75%,,可明顯降低施工成本,。圖17為幾十座全FRP橋梁結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)情況,可見(jiàn):目前FRP橋梁主要是荷載較小的人行橋,,材料主要是GFRP,,在公路橋上的應(yīng)用很少。由于相同跨度下FRP橋比鋼橋或混凝土橋自重輕,,其動(dòng)力行為很可能是設(shè)計(jì)控制狀態(tài),。Xiaojun Wei等[26]對(duì)大量的FRP,,鋼及混凝土人行橋的動(dòng)力特性(自振頻率和阻尼比)進(jìn)行分析和測(cè)試,發(fā)現(xiàn)相同情況下FRP橋梁的阻尼比傳統(tǒng)材料橋梁高2.5倍,,自重輕8.6倍,,對(duì)動(dòng)載的激勵(lì)更敏感。

圖15 紐約FRP人行天橋

    對(duì)于傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu),,已經(jīng)具有分工明確的材料,、設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)系統(tǒng),,這樣的制度設(shè)計(jì)基于有限的,、確定的材料種類,如少數(shù)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土和鋼材,。對(duì)于性能可設(shè)計(jì)的FRP材料,,只有將材料與結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì),統(tǒng)一考慮材料,、設(shè)計(jì),、制造和檢測(cè),才能發(fā)揮FRP的優(yōu)異性能,,體現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)全壽命周期內(nèi)的自組織,、自修復(fù)、自檢和材料循環(huán)利用的多功能優(yōu)勢(shì),,如圖18所示,。基于材料-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)理念的FRP橋梁會(huì)對(duì)現(xiàn)有橋梁領(lǐng)域的規(guī)范體系,、管理系統(tǒng),、施工方法等產(chǎn)生深遠(yuǎn)的,革命性的影響,。

圖16 FRP主拱的拱橋

圖17 FRP橋梁統(tǒng)計(jì)

圖18 FRP橋梁全壽命周期設(shè)計(jì)目標(biāo)



5. 熱點(diǎn)與展望

    FRP因其輕質(zhì)高強(qiáng),、可設(shè)計(jì)性和高耐久性已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在橋梁工程中,,高性能FRP結(jié)構(gòu)的研發(fā)與應(yīng)用則是提升舊橋服役性能,、實(shí)現(xiàn)超大跨橋梁的方案,日益得到關(guān)注與應(yīng)用,。目前,,F(xiàn)RP橋梁發(fā)展仍局限于作為鋼和混凝土構(gòu)件的補(bǔ)充或替代品,與大規(guī)模應(yīng)用有較大差距,,產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨一些亟待解決的問(wèn)題,,主要表現(xiàn)在FRP材料產(chǎn)品單一,產(chǎn)學(xué)研用相互脫節(jié),產(chǎn)品推廣應(yīng)用困難,,研發(fā)投入少且分散,,缺乏完善的行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。因此還應(yīng)進(jìn)行以下方面的研究工作:
    (1) FRP產(chǎn)品性能的提升和成本降低,。與航天級(jí)FRP產(chǎn)品相比,,橋梁用FRP存在主要力學(xué)指標(biāo),如抗拉強(qiáng)度,,抗剪強(qiáng)度和彈性模量仍然偏低,,而造價(jià)較高,阻礙了其在大跨橋梁中的推廣應(yīng)用,。FRP構(gòu)件與傳統(tǒng)建筑材料構(gòu)件的連接構(gòu)造也是FRP產(chǎn)品需要考慮的問(wèn)題,,尤其是其可靠性與耐久性,。
    (2) FRP產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn),。橋梁工程往往涉及到巨大的經(jīng)濟(jì)投入, 因此確保FRP構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的質(zhì)量滿足規(guī)定要求極為重要,,目前專門針對(duì)FRP專業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和成熟的檢測(cè)方法還處于空白階段,。
    (3) 基于材料-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)的FRP橋梁設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)規(guī)范體系,。目前國(guó)家已發(fā)布的復(fù)合材料相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基本上針對(duì)FRP材料性能,,缺少基于材料-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范。按傳統(tǒng)橋梁規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工,,F(xiàn)RP橋梁的優(yōu)勢(shì)將消失殆盡,,因此發(fā)展趨勢(shì)是逐步改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念,基于全壽命周期建立適應(yīng)材料-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用模式,。


團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介

    研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事于FRP及其在橋梁工程應(yīng)用研究,,從FRP材料性能、CFRP加固技術(shù),、FRP索承橋梁等多個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新性研究,,提出FRP加固梁疲勞壽命計(jì)算理論,新型FRP錨固裝置和FRP-鋼組合截面索,,取得一系列卓越的學(xué)術(shù)成果,。團(tuán)隊(duì)主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目,、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目,、四川省面上基金等,先后在《Composite Structures》,、《Engineering Structures》,、《Journal of composites for construction》、《土木工程學(xué)報(bào)》、《西南交大學(xué)報(bào)》等國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇,,出版專著一部《重返橋梁垮塌現(xiàn)場(chǎng)》,。

承擔(dān)的相關(guān)科研項(xiàng)目

1. 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(青年項(xiàng)目),預(yù)應(yīng)力碳纖維(CFRP)板加固鋼梁疲勞機(jī)理與壽命評(píng)估方法研究

2. 國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)項(xiàng)目,,主跨3500m級(jí)碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)主纜懸索橋原型設(shè)計(jì)

3. 國(guó)家自然科學(xué)基金(青年項(xiàng)目),,基于防腐和受力性能的鋼-碳纖維(CFRP)組合纜索截面形式研究

4. 國(guó)家自然科學(xué)基金(面上項(xiàng)目),基于服役環(huán)境腐蝕的懸索橋主纜抗力退化模型和計(jì)算方法研究

5. 國(guó)家自然科學(xué)基金(青年項(xiàng)目),,波形鋼腹板曲線箱梁的空間力學(xué)行為及一維梁段分析方法研究

部分代表性論文

[1] Huawen Ye ,Chuanjie Wu,Tianqi Wang. A comparative analysis of driving force models for fatigue crack propagation of CFRP-reinforced steel structure [J]. International Journal of Fatigue, 2020, 130: 105266.

[2] 葉華文,,李新舜,帥淳,,曲浩博,,徐勛,衛(wèi)星.無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力CFRP板加固受損鋼梁疲勞試驗(yàn)研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),,2019,,54(1):129-136.

[3] Huawen Ye ,Tianqi Wang ,Chun Shuai ,Changmeng Liu ,Xun Xu. A novel driving force parameter △K1-αeff Kαmax  for fatigue crack propagation in prestressed-CFRP-repaired steel structure[J]. Composite structures, 214(2019):183-190.

[4] Huawen Ye ,Chuanjie Wu,Dejun Liu,Tianqi Wang,Qing Zhang. Friction and wear behavior of CFRP plate in contact with roughened mould steel under high normal pressure[J]. Construction and Building Materials, 220(2019):308-319.

[5] Huawen Ye ,Qing Zhang,Changmeng Liu,Chuanjie Wu,Zhichao Duan. Failure mechanisms governing anchoring force of friction-based wedge anchorage for prestressed CFRP plate[J]. Composite Structures, 225(2019)111142.

[6] 葉華文,王力武,,張慶,,徐勛,衛(wèi)星.波形鋼腹板組合梁彎曲變形的三角級(jí)數(shù)解[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),,2019,,54(4):1-9.

[7] Huawen Ye, Li Cuijuan, Pei Shiling, Ummenhofer T, Qu Haobo. Fatigue Performance Analysis of Damaged Steel Beams Strengthened with Prestressed Unbonded CFRP Plates[J]. Journal of Bridge Engineering, 2018, 23(7): 04018040.

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[9] Huawen Ye, Shuai Chun, Zhang Xun ,Xu Xun ,Ummenhofer Thomas. Determination of S-N fatigue curves for damaged steel plates strengthened with prestressed CFRP plates under tension loading. Eng Struct 2018;175:669-677.

[10] Ye Huawen, Christian K nig, T.Ummenhofer, Qiang Shizhong, Robin Plum. Fatigue performance of tension steel plates strengthened with prestressed CFRP laminates[J]. Journal of Composites for Construction, 2010,14(5):609-615.

[11] Cuijuan Li, Huawen Ye, Maolin Tang, and Xiaomin Yuan.Analytical Solution for Horizontal Tension of Main Cable in Erection of Stiffening Girder,KSCE Journal of Civil Engineering (2018) 22(10):3940-3947

[12] Xu Xun,YeHuawen.A Unified Theory of  Distortion Analysis of Thin-Walled Hollow Sections[J].International Journal of Steel Structures,2019,19(3):769-786

[13] 李翠娟,李永樂(lè),葉華文,強(qiáng)士中.交叉吊索對(duì)施工中懸索橋的靜風(fēng)穩(wěn)定性影響[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2017,52(04):655-662.

[14] 李翠娟,李永樂(lè),強(qiáng)士中.分離式雙箱主梁斷面氣動(dòng)優(yōu)化措施研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2015,48(11):54-60.

團(tuán)隊(duì)人員介紹

    葉華文,,男,,博士,副教授,,碩士生導(dǎo)師,。西南交通大學(xué)和德國(guó)布倫瑞克工業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士(2007-2009年)。注冊(cè)結(jié)構(gòu)師,、注冊(cè)橋梁檢測(cè)師,、四川省科技廳項(xiàng)目評(píng)審專家、成都鐵路局顧問(wèn)專家,。主要研究方向:大跨鋼橋疲勞及橋梁加固,、高性能纖維材料工程應(yīng)用等方面。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金1項(xiàng),、四川省面上基金1項(xiàng),、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目1項(xiàng),、西南交通大學(xué)科學(xué)發(fā)展基金2項(xiàng)等縱向項(xiàng)目,,發(fā)表文章50余篇。主研包括國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、四川省重大研發(fā)項(xiàng)目,、“863”計(jì)劃,、鐵道部重大課題等縱向項(xiàng)目20余項(xiàng)。主持及參與了30余項(xiàng)橫向項(xiàng)目,,包括港珠澳大橋,、重慶菜園壩長(zhǎng)江大橋、朝天門長(zhǎng)江大橋,、兩江大橋,、東沙大橋、湛江海灣大橋,、??谌缫鈲u跨海大橋等。Journal of Bridge Engineering,、Engineering Structures,、Composite structures、中國(guó)公路學(xué)報(bào),、西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),、長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)、中外公路,、長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)等期刊的審稿人。聯(lián)系郵箱:[email protected]

    徐勛,,男,,工學(xué)博士,講師,。近年來(lái)主研完成各類科研項(xiàng)目10余項(xiàng),,其中國(guó)家級(jí)項(xiàng)目1項(xiàng),省部級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng),。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文近20篇,,其中國(guó)內(nèi)頂級(jí)期刊10余篇,EI收錄8篇,,ISTP收錄1篇,。主參編寫(xiě)教材1本。作為主研完成大曲率鋼箱梁,,安慶長(zhǎng)江大橋,,鄭州黃河公鐵兩用大橋、重慶兩江橋,、馬新大橋等多座國(guó)內(nèi)大跨橋梁的關(guān)鍵構(gòu)造研究,,對(duì)箱梁橋結(jié)構(gòu)行為和大跨度橋梁結(jié)構(gòu)行為有較好的研究基礎(chǔ)。

    李翠娟,女,,博士,,副教授,碩士生導(dǎo)師,。四川省海外高層次留學(xué)人才,,多年來(lái)專注于碳纖維(CFRP)等新材料在橋梁中的應(yīng)用、大跨度橋梁抗風(fēng)以及懸索橋主纜防腐等方面的研究工作,。主要承擔(dān)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》和《結(jié)構(gòu)分析計(jì)算機(jī)程序與應(yīng)用》課程教學(xué)工作,。近年來(lái)主持和參研的國(guó)家級(jí)、省部級(jí)科研項(xiàng)目20余項(xiàng),。在國(guó)內(nèi)外權(quán)威期刊和會(huì)議上發(fā)表論文40余篇,,主編教材1本,參編學(xué)術(shù)專著2部,,獲批發(fā)明專利1項(xiàng),,實(shí)用新型專利2項(xiàng)。主要研究方向:(1) 碳纖維材料(CFRP)在橋梁中的應(yīng)用,;(2) 橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)及防治措施;(3) 懸索橋主纜腐蝕機(jī)理及防腐措施,。聯(lián)系郵箱:[email protected]

    強(qiáng)士中,男,,博士,,教授,博士生導(dǎo)師,。西南交通大學(xué)土木學(xué)院原院長(zhǎng),,曾任中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)理事,中國(guó)鐵道橋梁協(xié)會(huì)理事等職務(wù),,1985年被廣東省交通廳聘為顧問(wèn)洛溪大橋顧問(wèn),,后曾擔(dān)任虎門珠江大橋、蕪湖長(zhǎng)江大橋,、南京長(zhǎng)江二橋,、宜昌長(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江三橋等國(guó)家重點(diǎn)工程的顧問(wèn),,曾獲得五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆?span>在國(guó)內(nèi)外發(fā)表論文120余篇,, 出版譯著兩部,主編教材兩部,。



參考文獻(xiàn)

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