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《FRP-混凝土桥梁结构》作者以拓荒者的精神，创建新思维，开发新技术，研究新材料，拓展新领域，打破了许多传统概念下的不可能，创造了令人瞩目的工程奇迹。可以这样说，FRP-混凝土结构引爆桥梁结构的一场革命，它把混凝土结构推上了一个新的台阶。

内容简介

创新是社会发展的源泉。本书创新地阐述了CFRP筋（索）在斜拉桥、悬索桥和体外预应力混凝土桥梁三种典型工程中的工程应用。主要内容包括：纤维增强复合材料（FRP）的材料性能、炭纤维增强复合材料CFRP筋锚具的受力性能分析、设计及试验研究、CFRP索斜拉桥的静动力性能分析及试验桥的设计和建造研究、CFRP悬索桥的静动力性能分析及实桥设计，以及CFRP索体外预应力混凝土桥梁性能、设计方法研究、实桥设计与施工及试验。

本书可供从事桥梁设计、研究和施工的工程技术人员参考，也可作为高等院校桥梁专业研究生和高年级本科生的教学参考用书。

作者简介

吕志涛是中国工程院院士，东南大学土木工程学院教授，中国土木工程学会预应力分会副理事长，江苏省土木建筑学会理事长，东南大学学术委员会主任。

目　　录

第1章 FRP材料性能
1.1 概述
1.1.1 FRP的组成
1.1.2 FRP产品形式与生产工艺
1.1.3 FRP的特点
1.1.4FRP的发展概况
1.2 CFRP筋的力学性能
1.2.1 短期力学性能
1.2.2 长期力学性能
1.3 CFRP筋的抗拉标准强度与强度设计值
1.4 FRP在桥梁工程中的应用现状
1.4.1 FRP片材的工程应用
1.4.2 FRP筋材的工程应用
1.4.3 FRP 型材的工程应用

第1章  FRP材料性能
 
1.1 概述 
     1.1.1 FRP的组成
     1.1.2 FRP产品形式与生产工艺
     1.1.3 FRP的特点
     1.1.4FRP的发展概况
 
1.2 CFRP筋的力学性能
     1.2.1 短期力学性能
     1.2.2 长期力学性能
 
1.3 CFRP筋的抗拉标准强度与强度设计值
 
1.4 FRP在桥梁工程中的应用现状
     1.4.1 FRP片材的工程应用
1.4.2 FRP筋材的工程应用
1.4.3 FRP 型材的工程应用
1.4.4 全FRP结构的工程应用
1.4.5 CFRP在桥梁工程中的应用展望
 
本章参考文献  
第2 章  CFRP筋锚具的受力分析及静载试验研究
2.1 CFRP筋锚具的研究现状
2.1.1 CFRP筋锚具的主要类型及特点
2.1.2 夹片式锚具研究现状
2.1.3 粘结型锚具的研究现状
2.2 CFRP筋夹片式锚具简析
  
2.2.1    锚固机理       
  
2.2.2    分析方法       
  
2.2.3    CFRP筋单孔夹片式锚具设计     
  
2.2.4    试验方法及分析    
2.3 CFRP筋粘结锚具的受力分析
  
2.3.1单根CFRP筋锚具受力分析
  
2.3.2 多根CFRP拉索锚具的三维有限元受力分析
  
2.3.3 小结
2.4 CFRP绞线粘结式锚具的研究
  
2.4.1 粘结式锚具的基本尺寸设计及粘结介质
  
2.4.2 环氧树脂胶粘剂粘结及破坏机理
  
2.4.3 粘结式锚具的受力分析
  
2.4.4 界面剪应力简化分布模式及承载力
  
2.4.5 小结
2.5 CFRP筋粘结型锚具试验研究
  
2.5.1试验介绍及试验索制作
  
2.5.2试验装置及试验过程
  
2.5.3试验结果及分析
 
 2.5.4 小结
本章参考文献  
第3 章  CFRP索斜拉桥研究与建设
3.1 CFRP拉索的静、动力特性分析
3.1.1 拉索静、动力问题概述
3.1.2 斜拉索静力设计计算
3.1.3 CFRP拉索与钢拉索的静力特性比较
3.1.4 CFRP拉索的自振特性
3.1.5小结
3.2 CFRP拉索的非线性参数振动
3.2.1 斜拉索的风致振动及振动机理
3.2.2 CFRP拉索参数振动起振条件分析
3.2.3 拉索参数振动模型的建立
3.2.4 数值计算实例及计算结果分析
3.2.5制振措施探讨
3.2.6小结
3.3 CFRP拉索斜拉桥的几何非线性静力分析
3.3.1 几何非线性计算概述
3.3.2 斜拉桥几何非线性的影响因素及其分析方法
3.3.3 合理成桥状态确定
3.3.4 几何非线性各因素的影响量分析
3.3.5 CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥的静力性能对比分析
3.3.6小结
3.4 CFRP拉索斜拉桥的动力特性及参数分析
3.4.1 斜拉桥动力问题
3.4.2 斜拉桥的动力分析模型
3.4.3 CFRP拉索斜拉桥与钢拉索斜拉桥动力特性的比较
3.4.4 CFRP拉索斜拉桥动力特性的影响参数分析
3.4.5小结
3.5 CFRP拉索试验桥研究
3.5.1 试验桥介绍
3.5.2 试验桥设计
3.5.3 CFRP拉索的制作及安装
3.5.4 CFRP拉索张拉及测试
3.5.5小结
 
3.6 超大跨CFRP拉索斜拉桥的应用展望
3.6.1 概述
3.6.2 斜拉桥向超大跨发展的制约因素
3.6.3 超大跨CFRP索斜拉桥设计中建议采取的技术措施
3.6.4 CFRP拉索斜拉桥的经济指标简评
     3.6.5 CFRP拉索斜拉桥在我国跨海工程上的应用前景
  本章参考文献  
第4 章  CFRP索悬索桥设计研究
 
4.1　CFRP缆索悬索桥的缆索线形及内力研究
     4.1.1 概述
     4.1.2 成桥状态计算方法
    
4.1.3 空缆状态计算方法
     4.1.4主索鞍的设计参数及鞍槽内主缆成桥线形的计算方法
    
4.1.5小结
   4.2　CFRP缆索悬索桥静力性能分析
     4.2.1 CFRP缆索悬索桥的极限跨径分析
     4.2.2 CFRP主缆与钢主缆截面积的计算与比较
     4.2.3 CFRP（钢）缆索悬索桥承载效率的计算与比较
     4.2.4 CFRP主缆有效弹性模量分析
     4.2.5 CFRP缆索悬索桥重力刚度分析
     4.2.6 CFRP缆索悬索桥静力分析
     4.2.7 CFRP（钢）缆索悬索桥静力性能的数值分析与比较
     4.2.8 CFRP缆索悬索桥静力性能的参数分析
        4.2.9改善CFRP缆索悬索桥静力性能的措施探讨
     4.2.10
小结
 
4.3 CFRP缆索悬索桥自振特性分析
4.3.1 概述
4.3.2 基于基频估算对CFRP缆索悬索桥自振特性的定性分析
4.3.3 CFRP缆索悬索桥自振特性分析的有限元法
4.3.4 CFRP（钢）缆索悬索桥自振特性的计算实例分析与比较
4.3.5 CFRP缆索悬索桥自振特性的参数分析
4.3.6 考虑动力性能，合理选取CFRP缆索悬索桥设计参数的基本原则
4.3.7小结
4.4　实际工程设计与若干关键技术研究
4.4.1 南京六合白果桥——混凝土自锚式悬索桥工程设计简介
4.4.2 钢－CFRP混合主缆参数的计算方法
4.4.3白果桥静力性能及自振特性分析
4.4.4白果桥地震反应比较分析
4.4.5主缆、吊索含CFRP时的制作工艺要求
 4.4.6小结
 
4.5　CFRP缆索悬索桥抗风性能的探讨  
     4.5.1
风对大跨悬索桥的作用
     4.5.2
大跨悬索桥抗风性能分析方法及研究现状
     4.5.3
悬索桥横向静风位移和内力的简化计算
     4.5.4
CFRP（钢）缆索悬索桥横向静阵风响应的有限元分析与比较
     4.5.5 CFRP缆索悬索桥抗风稳定性的探讨
4.5.6小结
    本章参考文献      
第5 章  CFRP束体外预应力混凝土梁设计研究与应用
 
5.1 CFRP作体外预应力束分析   
5.1.1 体外预应力桥梁发展
     5.1.2 温度膨胀系数问题   
     5.1.3 弯折对CFRP束的影响    
     5.1.4 CFRP束的控制应力取值  
     5.1.5 预应力损失分析       
     5.1.6 适用的环境温度及预防破坏措施   
     5.1.7 小结   
   5.2    CFRP束体外预应力梁桥正常使用状态分析方法研究      
     5.2.1 CFRP束体外预应力混凝土梁桥的结构特点  
     5.2.2 能量法分析原理       
     5.2.3 设置多个转向块情况下梁的受力分析   
     5.2.4 梁跨中局部区段设体外预应力束梁的分析   
     5.2.5 张拉阶段梁的受力分析   
     5.2.6 小结   
 
5.3 CFRP束体外预应力梁桥正常使用状态影响因素分析    
     5.3.1 CFRP束混凝土梁的配筋方式及有效截面惯性矩  
     5.3.2
体外束布置方式及其材性的影响   
     5.3.3 梁体尺寸及混凝土材性的影响       
     5.3.4
荷载量值及形式的影响   
     5.3.5
二次效应影响分析   
     5.3.6
转向块摩擦影响分析       
     5.3.7小结    
 
5.4 CFRP束体外预应力梁桥受弯承载能力极限状态分析方法研究   
 
5.4.1 受弯承载能力研究  
 
5.4.2 CFRP束体外预应力梁受弯承载力极限状态的分析思路    
      5.4.3
梁控制截面平衡方程     
 
5.4.4 梁的等效塑性铰区  
 
5.4.5 梁体变形曲线及能量方程      
 
5.4.6 设置多个转向块时梁的受力分析  
 
5.4.7 梁跨中局部区段设体外预应力束的分析      
 
5.4.8 不设转向块及单转向块情况的分析      
 
5.4.9  小结 
 
5.5      CFRP束体外预应力梁桥受弯承载能力极限状态影响因素分析     
 
5.5.1 等效塑性铰区长度的确定      
 
5.5.2 梁体内设普通钢筋时的受弯承载能力极限状态影响因素分析  
 
5.5.3 梁体内设CFRP束时的受弯承载能力极限状态影响因素分析   
      5.5.4 受弯承载能力极限状态实用计算方法  
 
5.5.5小结   
 
 5.6 CFRP束体外预应力梁桥的设计与施工
      5.6.1 何圩桥的设计
      5.6.2 标准跨径25m的Π梁设计
      5.6.3 标准跨径30m梁体内设CFRP束的Π梁设计    
      5.6.4 何圩桥的施工工艺
      5.6.5 设计中应注意的问题及设计步骤
5.6.6 施工中应注意的问题
      5.6.7 
小结
 
5.7 CFRP束体外预应力梁桥试验研究
       5.7.1 模型梁试验
       5.7.2 碳绞线预应力损失监测与分析
       5.7.3 张拉施工过程中梁体应变及变形的观测
       5.7.4 二期恒载试验
       5.7.5 小结
  本章参考文献  
附录：符号

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前　　言

1995年1月，日本大阪神户地区发生7.4级大地震，随之，在日本掀起了采用高性能非金属纤维增强复合材料（FRP）加固建筑结构和桥梁结构的热潮。当时，废金属纤维增强复合材料中的非金属纤维主要有碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）和芳纶纤维（AFRP）三种。其中，以碳纤维复合材料（CFRP）的力学性能最好。因此，在工程结构加固中应用最为广泛。阪神地震不久，旅日学者吴智深教授得知本书第一作者那段时间不仅继续从事预应力的理论分析、实验研究和工程应用，而且还是全国建筑物鉴定与加固技术委员会委员，因此，他及时从日本寄来一大捆碳纤维布及相应的粘贴用胶粘剂，促使我校在国内最早开展CFRP混凝土结构加固技术的研究和应用，以致在2000年全国第一届FRP加固混凝土结构学术会议上，我校有我、吴刚等5人参会并做学术报告，从此，我校成为了我国研究和应用FRP的最主要单位。
截至目前，FRP在土木工程中的应用主要是结构加固。实际上，高性能纤维复合材料（FRP）的最大特点是轻质（钢材容重的1/5）、高强（是预应力高强，钢材抗拉强度的2倍以上）、耐久（不怕酸碱腐蚀）。因此，本书第一作者从2000年起就有计划地开始了FRP-混凝土结构的创新研究，分别向江苏省和国家自然科学基金委申报了“FRP索结构的应用基础研究”等多项基金课题。

1995年1月，日本大阪神户地区发生7.4级大地震，随之，在日本掀起了采用高性能非金属纤维增强复合材料（FRP）加固建筑结构和桥梁结构的热潮。当时，废金属纤维增强复合材料中的非金属纤维主要有碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）和芳纶纤维（AFRP）三种。其中，以碳纤维复合材料（CFRP）的力学性能最好。因此，在工程结构加固中应用最为广泛。阪神地震不久，旅日学者吴智深教授得知本书第一作者那段时间不仅继续从事预应力的理论分析、实验研究和工程应用，而且还是全国建筑物鉴定与加固技术委员会委员，因此，他及时从日本寄来一大捆碳纤维布及相应的粘贴用胶粘剂，促使我校在国内最早开展CFRP混凝土结构加固技术的研究和应用，以致在2000年全国第一届FRP加固混凝土结构学术会议上，我校有我、吴刚等5人参会并做学术报告，从此，我校成为了我国研究和应用FRP的最主要单位。
截至目前，FRP在土木工程中的应用主要是结构加固。实际上，高性能纤维复合材料（FRP）的最大特点是轻质（钢材容重的1/5）、高强（是预应力高强，钢材抗拉强度的2倍以上）、耐久（不怕酸碱腐蚀）。因此，本书第一作者从2000年起就有计划地开始了FRP-混凝土结构的创新研究，分别向江苏省和国家自然科学基金委申报了“FRP索结构的应用基础研究”等多项基金课题。
截至2005年，上述课题研究已全部完成，撰写发表了多篇学术论文，创新地建造了CFRP拉索斜拉桥、预应力FRP-混凝土箱梁桥，并研究设计了CFRP索悬索桥等实际工程。这些工程的建成，引起了国家自然科学基金委、科技部的注意，也引来了交通部门的科技人员的重视和参观，他们还希望我们及时编著出版相应的书籍，供更多人员学习参考。
但是，由于第一作者健康方面的原因，又忙于预应力成果的总结、整理，另外几位作者又忙于教学和科研工作，以致这本书稿拖延了下来。直到2015年夏天，我与长安大学公路学院梅葵花副教授商量，请她大力协助共同早日完成这本书稿之后，加上江苏凤凰科学技术出版社的大力支持，才加快了这本书稿的编著出版进度。
本书主要阐述CFRP在大跨、特大跨桥梁工程中的研究和创新应用。具体介绍了梅葵花、王鹏、郑宏宇等在攻读博士学位期间所完成的研究和工程实践成果，包括梅葵花的CFRP索斜拉桥的理论分析、设计研究和施工研究，郑宏宇的CFRP索悬索桥的理论分析和设计研究及王鹏的CFRP索预应力箱梁桥的理论分析、设计和建造研究，以及相应的CFRP索的力学性能及锚具的研究与应用。
                      
                            吕志涛
                                             
2015年10月

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