下承式CFRP吊杆拱桥结构动力特性分析

摘要

为探究下承式碳纤维复合增强材料（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）拱桥的动力特性，以国内某下承式拱桥为研究背景，建立ANSYS有限元模型，按吊杆极限拉力相等原则将钢吊杆替换成CFRP吊杆进行车辆荷载动力特性及响应分析。研究结果表明：替换后的CFRP吊杆拱桥的一阶自振振型与钢吊杆拱桥的相同，均为拱肋一阶对称侧弯和主梁一阶反对称竖弯，且两者的拱肋一阶自振频率仅相差0.24%、主梁一阶自振频率仅相差0.07%；在车辆荷载作用下，靠近加载车道一侧吊杆的应力峰值是远离加载车道一侧吊杆的3倍以上，吊杆的动力响应与车辆加载位置有关；当车辆荷载相同时，CFRP吊杆与钢吊杆的应力时程响应变化规律一致，但CFRP吊杆的应力峰值一般比钢吊杆的大10%左右。与钢吊杆拱桥相比，CFRP吊杆拱桥的动力性能未发生很大的变化，但由于CFRP材料具有高强、轻质、耐腐蚀的特点，CFRP吊杆有望从根本上解决钢吊杆易腐蚀、易断裂的问题。

关键词

下承式拱桥 / CFRP吊杆 / 车辆荷载 / 应力时程响应 / 有限元分析

基金资助

国家重点研发计划项目（2019YFC1511002）; 国家自然科学基金项目（51778068、52078058）; 湖南省自然科学基金创新研究群体项目（2020JJ1006）;湖南省自然科学基金项目（2019JJ40301）; 湖南省教育厅自然科学研究重点项目（21A0196）