wfrp编织网结构受力模型分析

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。wfrp编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析FRP编织网结构受力模型分析1  引言    FRP具有高强、轻质、耐腐蚀的优点，是建造大跨度结构的理想材料。从上个世纪70年代开始，就有研究人员开始尝试用FRP建造大跨度的桥梁，并进行了一些工程尝试1。林同炎公司的直布罗陀海峡大桥设计方案中就有采用CFRP的构想2，日本也有学者设想用FRP，建造跨度达5000m的悬索桥梁3。在建筑结构中，也有采用FRP建成的网架4、折板5和壳体1等空间结构的工程实例，跨度

2、达到几十米，例如上海东方明珠电视塔的首层大堂的60m跨FRP双曲屋盖。但FRP与钢材、混凝土等材料的受力性能不同，通常为各向异性，顺纤维方向的强度和弹性模量远远高于横纤维方向，并且受拉优于受压，因此这些建筑结构形式并不适合于FRP材料的特点，不能使FRP材料得到充分的利用。    FRP编织网结构则是针对FRP材料特点提出的一种大跨度屋面结构体系：用高强度FRP板条按照一定规律在平面内相互交叉布置，同时在交点处上下交错形成编织网；编织网的边缘锚固在内外环梁上，通过对板条施加初始预应力，形成一个预张紧的编织网平面；再利用内环自重或预应力等方法整体张拉编织网，使板条达

3、到预定的拉力后固定，网面因张紧而具有刚度，从而可以承受各种使用荷载。图l为一个简单FRP编织网结构缩比实体模型和实际结构的计算模型，实际的结构中板条排布比实体模型中的要密。    编织网结构与现有的悬索结构、索网结构和张拉膜结构在受力原理上类似，都是通过张拉使柔性构件（索、膜和板条）具有几何刚度，从而可承受荷载。但由于编织网结构采用了新型结构材料（FRP板条）和新型的构建方法（编织），因此具其独特的构造特征。FRP编织网结构具有以下优势：（1)FRP编织网自重小，理论上可实现比现有各种结构形式更大的跨度；(2) CFRP板条的重量轻、施工简单，对温度不敏感；(3)

4、张拉结构能充分利用FRP材料的抗拉能力，使其高强轻质的优点得到发挥，降低了其各向异性、层间强度低、剪切强度低等不足的影响；（4）CFRP板条的耐久性好，维护方便；（5) FRP板条的编织排布具有规律性，视觉上有很强的几何效果，可以获得独特的建筑外观效果。2   FRP编织网结构的组成2.1  FRP板条    最简单的FRP编织网结构如图1所示，由单层的FRP编织网、内外锚固环和面外张拉装置3个部分组成。其中FRP板条是编织网结构的主要构件，一般采用CFRP，也可采用碳纤维与其它高性能纤维混杂的FRP板条。CFRP板条是由碳纤维与树脂

5、基体经过拉挤或层压工艺生产，纤维体积含量在60%以上，纵向弹性模量一般在160MPa以上，纵向抗拉强度在2400MPa以上，纵向线膨胀系数约为0.2 x 10-6常见的FRP板条产品的厚度为1 - 2mm,可以按一定的半径弯曲，这种板条在结构加固中已经得到了较多的应用1。FRP板条的断面形状、尺寸甚至力学性能都可以根据工程的需要进行设计，并可在树脂掺人色浆形成永久的色彩，获得一定的建筑效果。采用拉挤工艺连续生产FRP板条，可得到任意长度，避免了接长。    表1为国内外2个厂商分别提供的两种CFRP板条产品的性能参数。根据表中数据计算可得：单根CFRP板条的平均抗

6、拉能力可以达400kN以上，300m长的单根CFRP板条的重量还不到80kg；具有同样的抗拉能力的300m长的高强度钢索（强度1860）的重量则为5OOkg以上。用有限元软件进行非线性分析，如果分别将它们两端固定后自由下垂，仅在自重作用下钢索的最大变形就达到5.3m，端部锚固力为35.5kN；而CFRP板条的最大变形为3.0m,端部锚固力仅为9.7kN。2.2  编织网    将FRP板条按照一定的规律在平面内相互交叉布置，同时在交点处上下交错就形成了编织网。实际的FRP编织网，不仅可以按照90°交角两两相交，还可以按照一定的规律以任意角度交错

7、编织，而且在一点上可以多条FRP板条相交，例如：3根互成60°的相交，4根互成45°的相交。对于交角为的两根板条，它们在交点处的接触面积为                           （1）其中Ws为板条的宽度。    在交点上，FRP板条之间可以通过卡具或粘接完全固接；也可以不固

8、定而利用FRP板条张紧相互挤压形成摩擦力，其作用是：在静载下为静摩擦，使FRP网形成整体；在动载下滑动，板条间相互摩擦耗能，增加结构阻尼，减小结构的振动响应。也可以在交点处安装特制的阻尼器，增大整体结构的阻尼。但在交点处，由于FRP板条相互接触，有弯曲和局部剪切，会导致其有效强度略有降低。2.3  端部锚固    编织好的FRP板条两端分别锚固在内外环梁上，并施加一定的初始预应力。FRP板条通过夹具锚固在环梁上，夹具与环梁之间为铰接，使FRP板条仅受轴拉。外环一般可以用混凝土制成，主要受压力；内环可以用钢结构，主要受拉；锚具是实现结构整体张拉的关键部件。

9、目前针对加固混凝土结构已经有很多能预应力CFRP板条的锚固方法和措施6-8，可为编织网FRP板条的端部锚固提供参考。图2为本文建议的一种锚具的模型图。它由不锈钢板板制成，从而与CFRP具有同样的耐腐蚀能力。通过螺栓夹紧CFRP板，并进行粘接。CFRP板与钢板之间加人短纤维的毡层，从而提高界面枯结性能。3  FRP编织网结构的原理    FRP编织网结构的核心概念是使用高强轻质的FRP板条，通过上下交错编织形成整体，再通过合适的预应力张拉方式使FRP编织网张紧形成足够刚度，使其能够承受荷载。因此，合理的板条编织方式以及合适的张拉力施加方法是FRP编织网结构

10、的关键。    FRP网编织形成平面，通过内环自重和悬挂配重或用网面外预应力拉索给网面一个垂直向外的力，使网面张紧具有刚度。由于网面原来处于基本水平状态，根据力的分解（如图3所示），较小的垂直力P就能使网面内具有较大的张紧力T,从而使整个FRP编织网张紧。网面张紧力大小可由内环配重及网面外预应力索张拉控制。此外，锚固前各FRP板条的需进行预张拉。目的是通过各板条的预张紧使网面的初始状态平整，且在施加面外张拉前就具有一定的几何刚度，间接控制最终的最大变形；还能调整编织网内各板条最终的张拉力的大小，使它们受力均衡。4  受力分析  

11、60; FRP编织网结构有三个基本受力状态：预张完成状态、体系张拉成形状态和承受荷载状态。预张完成状态是在编织锚固前对各板条进行面内的预张拉，使编织网平整，同时也保证最终张拉成形时各板条受力均匀，并减少总的面外变形。体系张拉成型状态是指通过施加面外力使FRP编织网张紧，使编织网具有足够的刚度。此时的张拉力和板条的应力水平是整个编织网设计中的关键问题。张拉成型后，FRP编织网结构还要承受屋面自重荷载、雪荷载等静荷载以及风荷载、地震荷载等动力荷载。在各种荷载组合下，应保证结构中FRP板条的应力和结构的变形均在允许范围内。    如果忽略板条间的相互作用，编织网中的每条

12、FRP板条主要受拉力作用。在简单编织网中一对成180度的板条可简化为端部分别固定在外环梁和内环梁的两个板条，如图4所示。外环梁可认为是一固定点，而内环梁则可视为一个刚体。设板条截面积为A，弹性模量为E，内外环梁半径差为L,FRP板条的自重和弯曲刚度较小，可忽略。在图4(a)的状态下，板条端部作用一水平初始预张力H。 则有                       （2）其中板

13、条应变为。，板条初始长度为Lo。    图4（b）所示的第二状态，内环梁上作用两垂直荷载V,使内环梁下移、板条受拉。板条张力为T1，T1的水平分量为H1，内环梁的位移为。根据平衡条件，有：                                

14、;     （3）此时板条应变为1，则：（4）由几何条件有：                                         

15、0;          （5）综合以上方程，可解出T1，1，1。    图4(c)所示的状态下，板条需承受关于内环梁中心对称的荷载q(X)固定端的反力可以分解为水平向的H2和竖直向的R，则竖直反力：                       （6）坐标X处的

16、点相对于固定端的变形定义为Z(X)，内环梁的总位移为2。结构的变形满足索方程：                               （7）若q(X)为均布荷载，可得变形曲线为：         

17、;         （8）则有：                                       （9）由变形协调，这个状态相对

18、上个状态板条的总长度改变为：      （10）但由应变得出伸长量为     （11）联立方程可解出H2和2。此时FRP板条中的最大应力为                               

19、   （12）    通常FRP板条的自重相对于结构上的荷载较小，而一般结构上的均布荷载传递到板条上就不再是均布力了，例如圆形平面的结构其板条上荷载近似为梯形分布，可表示为                               

20、60;  （13）q1最外端的荷载值，q2为最内端的荷载值，这时式(8)变为    （14）垂直反力为                                       

21、 （15）这样联立方程，同样可求得各阶段的变形和内力。5  算例分析    如图1所示的单层编织网结构，如跨度L80m，采用表1中产品2板条。根据上面的公式进行计算。在初张拉阶段，板条按控制应力为500MPa施加预应力，这时。=0.0024，Lo79.81m; Ho84kN;在张拉成型阶段，施加一个面外力V30kN,内环梁向下平动，计算可得17.14m,10.0064，H1225.3kN,板条中应力为1344MPa;最后，在板条上施加均布荷载q0.5kN/m，计算可得210.27m, H2389.5kN,板条中最大应力为2352MPa。 

22、60;  可以看出，单层编织网结构的张拉成型以及受荷时发生的变形较大，分析可知，改变初始预张拉Ho，竖直张力V可以达到控制结构最最终变形的目的。如采用双层FRP编织网结构及折顶FRP编织网结构，结构的刚度要比单层结构的刚度要大，可以减少变形量。6  结语    FRP编织网结构是一种适合FRP材料的结构形式，它能充分发挥出FRP材料的优势同时避免其劣势。FRP材料轻质高强，但FRP板条只有纵向受拉的强度高，而抗剪、抗压以及横向的抗拉强度均较低，因此只有使FRP板条尽可能单向受拉才能充分发挥优势。在编织网中，各板条主要受到就是单向的拉力，FRP板

23、条特点得到了充分的发挥。    FRP编织网结构具有很强的可设计性。首先，板条的力学性能可以进行设计，可以采用不同种类的纤维和铺层方式，对板条的强度、模量及延伸率在一定范围内的调整；其次，FRP板条在布置方式上有很大的设计空间，可以根据实际建筑物的形状和受力特点，在受力较大的部位可以多布置板条，受力小的部位可以少布置板条；另外，FRP编织网交点处的处理可以根据设计要求选择不同的方案，达到预期的效果。    从材料角度上看，FRP材料，尤其是CFRP，具有耐腐蚀的优点。目前许多大跨度斜拉桥的桥索腐蚀问题严重，很多学者都在研究用CFRP索

24、替换钢索1。对于大跨度建筑结构同样存在钢材腐蚀的问题。在FRP编织网结构中，FRP板条可以很好的抵御化学侵蚀，从而减少维护费用。另外，CFRP材料在受力方向上的线膨胀系数小，不会在超大跨结构中因为温度变化产生较大的变形差，也不会因为温差而造成较大内应力。    本文提出的FRP编织网结构的基本组成包括:FRP编织网、内外锚固环和面外张拉装置3个部分；通过分析有三个主要受力状态为：编织预张完成状态、张拉成形状态和受待状态，并对单层细织网进行简化得到了受力分析模型，通过算例分析可知，FRP编制网可以实现。    FRP编织网结构是一种适合

25、于超大跨度的建筑屋面结构体系，但距离实际应用还需要从分析理论到设计方法以及施工技术进行更为深入的研究和探讨。下面是赠送的经典语录和搞笑语录，不需要的朋友可以下载后不急删除！谢谢！· 【感人的话】 要学会感恩、同情、宽容、忍耐、积极与真诚。希望是心灵的一种支持力量.逆境的回馈，使生命将更加精彩而富足. · 【感人的话】 每个人的好运跟坏运都是分配好的，虽然我的好运没有别人多，所以只要是一点点好事，我就非常感恩了。 · 【祝福的话】  这里有一本你当年用过的笔记，它有点儿泛黄了，书页里夹着的话也早已没了香气，

26、却还是谢谢你把它借给了我。今天的我们已经分开，却依然是朋友。还是要跟以前一样，我听着你的述说，看着你笑，看着你难过委屈去安慰你。我会把祝福写在这本笔记里，在那多枯黄的花的旁边，我会写下我的祝福：祝福你过得好！祝福你过得比我好！然后，将它寄给你。不要哭泣，你。· 【表白的话】  爱你是一个念头，爱你是一种冲动，爱你是一种宿命，只属于我的宿命。爱你是一段旅程，爱你是一场幸福的长跑，爱你是一路沐浴阳光，爱你是一径的花香。爱你，是睡觉呼吸一般的自然！请，给我你的爱。· 【有哲理的话】  世上有三种人：一是良心被狗吃了的人，二是良心没被狗吃的人

27、，三是良心连狗都不吃的人. · 【激励人的话】 如果你看到面前的阴影，别怕，那是因为你的背后有阳光。  · 【感人的话】   一身白衣为你洗尽铅华，白衣白发白胜雪，捧一卷古墨，盈袭暗香，我踏着平平仄仄的长长短短，款款步入风情万种的宋词里。溪边桃红青染，流水潺潺，柳丝随风絮，我在桃花下写着红笺小字，一抹嫣然回眸，惊落了桃花，也惊落了你的心。佛说千年一轮回，今生，你在哪里？  · 【有哲理的话】 母爱是一滴甘露，亲吻干涸的泥土，它用细雨的温情，用钻石的坚毅，期待着闪着碎光的泥土的肥沃；母爱不是人生中

28、的一个凝固点，而是一条流动的河，这条河造就了我们生命中美丽的情感之景。· 【表白的话】 我深深地恳求你；不要把我逐出你的爱门之外，我一分一秒也不能缺少你的爱。只有赢得你的爱，我的生命才有光彩。 · 【表白的话】 爱你，却要无欲无求，好难！爱你，却要偷偷摸摸，好累！爱你，却让自己心碎，好惨！但竟然心甘情愿，好傻！但是我能肯定的是：我是真的很爱你！ · 【表白的话】 我扬一把散沙粒粒想念漫天纷飞带给我对你的祝福，我洒下一瓢涟水滴滴飘洋流到你的心海，爱你，今生无悔，牵了你的情，爱了你的人，我会努力呵护你，一生一世！

29、83; 【表白的话】 你的热情，温暖了我冰冻的心；你的大胆，鼓起了我爱的热忱；你的关怀，激起了我感激之情。新年伊始，愿我们透过那爱湖的波光水雾，一起憧憬美好的未来。情人节快乐！ · 【表白的话】 也许我的笑容不够灿烂，但足够为你扫清冬日里的阴霾；也许我的双手不够温柔，但还能为你拂去俗世尘埃！如果命运安排我们在一起，我会好好珍惜你！情人节快乐！ · 【甜言蜜语的话】 我们结婚吧，好不好？那样我们就可以不再对着电话诉说想念，就可以每天清晨起来看见你的睡脸，然后一起吃一顿不太丰盛却很温暖的早餐。我们结婚吧，好不好？那样我们就可以拿

30、着民政局发的红色小本子四处炫耀，我们可以在房间里挂满结婚照，看着看着就会不自觉的微笑。我们结婚吧。· 【表白的话】 我需要你，就像冬天里的棉袄，夏天里的雪糕，黑暗中的灯泡，饥饿中的面包我不能没有你！ · 【有哲理的话】 用真理检验真理永远是真理，用错误掩饰错误将会一错再错。我们不能拥有真理，但是我们可以防止错误。· 【离别的话】 愿你作一滴晶亮的水，投射到浩瀚的大海；作一朵鲜美的花，组成百花满园；作一丝闪光的纤维，绣织出鲜红的战旗；作一颗小小的螺丝钉，一辈子坚守自己的岗位 · 【离别的话】 我们

31、曾经在一起欣赏过美丽的花；我们曾经在一起幻想过美丽的季节。同学啊，同学，分别后不要忘了我们曾经一起走过的日子。 · 【离别的话】 红叶纷飞的枫林里，我们曾拥有多少回忆。那飘舞着的枫叶，将我们带进一个无比美妙的境界。 · 【离别的话】 别离，是有点难舍，但不怅然；是有点遗憾，但不悲观。因为我们有相逢的希望在安慰。 · 【有哲理的话】 人活着，第一要紧的事情就是要有眼光。有了眼光，并相应确定应该为之努力的目的和目标，工作就会出现乐趣，这样才有希望最终成为一个事业和生活的成功者，生命就会丰富多彩。 &

32、#183; 【有哲理的话】 在真相肯定永无人知的情况下，一个人的所作所为能显示他的品格。有些事情的确没有人知道，除你之外，没有人知道，但是你必须对得住自己，最好能问心无愧。因为问心无愧可生自信，而自信会让你生活得更从容。 · 【有哲理的话】 没有任何的动物是比蚂蚁更勤奋，然而它却是最沉默寡言的。与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有；不要经常艳羡他人，人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。 · 【有哲理的话】 有些人成就不

33、大，不在于智力或能力不够，而在于没有克服自己心理上的弱点和谬见，没有充分发挥自己既有的潜力和才能。只有不断向自己挑战，向生活挑战，才能取得更大成功。 · 【有哲理的话】 面对别人的反对意见，如果你针锋相对地进行争执和批驳，对方很难从内心真正接受，在表达方式上委婉一些，效果就好多了。 · 【有哲理的话】 当我们放眼这个世界的时候，如果以自我为中心，很可能会以为自己了不起，可一旦我们把心歇下来，用赤子之心来观察，就会发现我们是多么渺小。我们什么时候都能看清自己不如人的地方，那就是对生命有真正信心的时候。 · 【有哲理的

34、话】 胸有平常心，幸福自然来。人的心态如同琴上的弦，太紧则易断，太松则无音，只有松紧适度，才能弹出美妙之音。保持一颗平常心，才是人生的真谛。怀一颗平常心，看淡得失，超越成败，不为物欲所迷，不被烦恼所扰，明心见性，随缘自适。平常心，是一种人生态度，也是一种生活智慧。 · 【有哲理的话】 绝大多数人都喜欢嘲笑别人，而不愿意被别人嘲笑。在别人处于尴尬境遇时，你如果能通过自己出丑来减少他的难堪，他一定对你非常感激。 · 【有哲理的话】 对于胸怀大志的有志之士和勤奋努力的人来说，障碍是不会起什么作用的。他们会说：不会再有什么困难能拦得

35、住我了。只要有百折不挠的信念，就会战胜许多强大的阻力。 · 【有哲理的话】 成功地推销自己是迈向成功的第一步。在推销自己的过程中，多动脑筋，设计一些小花样，就容易引起别人的兴趣和关注。 搞笑语录· 一次，同事几个去美国，到超市买东西，用济南话讨论，有个美国人过来用标准的济南话说：“你们是济南的？！”暴汗，原来这老外是以前战争时期留在中国的美国人后代，同事问他：“那你英文怎么样啊？”老外一拍大腿道：“英语太他妈难学了！”哈哈，有木有笑趴啊。 · 公司加班到半夜，所有人都眼皮打架，一姑娘哀叹：“我现在真想变成一个因字。”众问其故

36、，姑娘说：“就是一个人四肢平摊躺在大床上。”话音刚落，旁边一男同事嘟囔：“困。” · 一先生感冒去医院挂吊针，护士小姐很麻利的给这位先生插上针挂好盐水，一个多小时过去了，盐水瓶的水打完了，护士过来马上又换上一瓶。这先生不解，问护士小姐说：“小姐，处方单上不是只开了一瓶吗？”护士小姐指着打完盐水的空瓶盖说，“先生，您运气真好，这瓶中奖了，再来一瓶！” · 一退休老头，闲来无事就教鹦鹉说话，每天早上必教：“早上好！”可惜！几个月后，鹦鹉仍不开口。一日，老头心情不佳，未教。只听鹦鹉大叫：“老头，今天牛了！连好也不问了啊！” · 白雪公主逃出王宫，来到森林，看到一间小木屋