某GFRP拼装式桁架人行桥的动力学性能及耐久性.pdfVIP

2011年第5期 玻 璃 钢 ／复 合 材 料 45 某 GFRP拼装式桁架人行桥的动力学性能及耐久性 柏 宇，杨 啸 (莫纳什大学土木工程系，维多利亚州 克莱顿 3800，澳大利亚) 摘要：拉挤GFRP型材具有出色的力学性能和稳定的抗腐蚀能力，因此在桥梁结构中具有广阔的应用前景。作为一种较 新的结构材料，GFRP桥梁的应用时间较短，对其动力学性能及耐久性的研究还不够充分。本文基于对瑞士某全GFRP复合材 料人行桥的研究，对其动力学性能和耐久性做出了评估，并和实验结果对比。结果表 明，经过8年的使用，此人行桥完全满足 承载力极限状态和正常使用极限状态的要求 关键词：人行桥；拼装式；桁架；动力学性能；耐久性；拉挤型材 中图分类号：TB332 文献标识码 ：A 文章编号：1003—0999(2011)05—0045—04 1 引 言 2 设计和建造过程 一 些显著的优势比如轻质高强、安装方便、耐腐 2．1 设计理念 蚀等，使得玻璃纤维增强复合材料 (GFRP)为桥梁建 该桥位于瑞士阿尔卑斯山上，海拔 1790m。此 造者们所青睐 J。作为一种较新的建筑材料，GFRP 桥可拆卸，它在冬季时被组装搭建，用于供滑雪爱好 材料具有明显的各向异性，人们会关心这类新材料 者和游客通过。而到了次年春季，由于水位高涨，桥 在环境湿度、温度和紫外线的影响下的结构性能。 将会被搬走 ，并在每年秋季重新安装。由于 GFRP 另一方面，桥梁在交通运输网络服务中担当着至关 轻质的特性，桥梁的安装和搬迁可由直升机协助迅 重要的角色，其安全性 (承载力极限状态)和舒适性 速完成，如图1所示。 (正常使用极限状态)是考虑的重中之重。因此，对 GFRP桥梁在其使用过程中的监测和耐久性评估的 研究非常必要 j。许多技术，如静态测试和动态 测试均可用于结构状况的整体评估。然而基于环境 激振的动态测试对正常交通影响最小，这也就要求 一 种仅基于单向输出的信息系统辨识方法 ’。 本文将围绕瑞士某全 GFRP人行桥的动静力试 验研究结果，对其经过 8年的严酷环境下服务后的 结构性能进行评估。该人行桥为全GFRP复合材料 桁架结构。其结构激振由冲击负荷和人们正常行走 实现(两种情况的激振信号均为未知)。两种系统 识别方法，谱峰值法和随机子空间识别法被用来提 取结构的动力特性 ，如固有频率、阻尼比和模态。这 两种方法都可被视为仅基于单向输出信息的系统辨 图1 起 吊的一跨桥梁 识技术。由此获得的结构动力性能与8年前桥梁建 Fig．1 Onespanbeingtransportedbyhelicopter 成时的实验结果进行了对 比。对 比得出结论，这些 这座桥选择 GFRP材料的主要依据有 自重轻 新的系统辨识方法可成功应用于新型GFRP复合材 (便于周期性的安装和拆除)以及 13后无需维修养 料结构上；经过8年的使用期后，其结构状况满足正 护。如图2所示，桥梁为简支桁架结构，共两跨，每 常使用和承载力极限状态的要求。 跨 12．5m。桥梁宽度为 1．93m，主桁架梁之间的间 收稿 日期：2011-08—16 作者简介：柏宇 (1979一)，男，博士，主要从事结构工程研究。 c ： iIo 某GFRP拼装式桁架人行桥的动力学性能及耐久性 隙为 1．50m。单跨度重 16．5kN(12kN的板材，3kN 行走实现。如图2所示，桥梁的若干个关键位置都 桥面板，1．5kN的钢连接件和螺栓)。桥梁很容易被