复合材料斜拉桥设计理论研究

　　论文从树脂基复合材料的基本特点出发，从变物性问题、初应力问题、箱梁扭转问题和几何非线性问题四个方面，对复合材料斜拉桥的基本理论和主要问题进行了一些基础性的理论与数值研究。其主要研究内容和贡献有：1．复合材料在温度影响下的变物性特性，研究中发现在某些情况下，由于变物性引起的结构的几何非线性效应非常大，使得结构的刚度和强度大为下降，已经严重的影响了结构的安全使用。为此，在环境条件变化较大的情况下，复合材料的变物性的影响将成为一个不可忽视的因素。2．树脂基复合材料，结构设计时的初应力问题在桥梁结构，特别是斜拉桥的应用中是一个不容忽视的重要因素，根据本文研究的结果，在有初应力作用，特别是长期荷载作用时，初应力将对复合材料结构的变形水平、应力水平产生较大的影响，在某些情况下该影响可以超出正常情况下的30％。3．提出了复合材料蜂芯结构蜂芯结构的简化设计理论，并用有限元方法进行了验证。4．对复合材料箱型结构的扭转理论进行了推导，得出了相应的有限元格式。5．对复合材料斜拉桥中的垂度效应、弯矩与轴力组合效应以及几何非线性问题进行了理论推导与数值研究，并提出了斜拉索垂度效应的简化计算方法。基于上述研究，论文对有限元应用程序Ansys作了二次开发，以便指导今后对复合材料斜拉桥的设计与分析工作。

　　王建平，男，1962年2月出生，汉族，湖北武汉人。1983年华中科技大学船舶与海洋工程学院船舶内燃机专业本科毕业，获学士学位；1992年武汉理工大学理学院固体力学专业硕士研究生毕业，获硕士学位：2001武汉理工大学土木工程与建筑学院结构工程专业博士研究生毕业，获博士学位。共主持科研项目八项，其中省部级项目四项；发表学术论文二十余篇，其中两篇被SCI收录，一篇被El收录，多篇在核心刊物上发表。现任贵州民族学院校长助理兼建筑工程学院院长。

绪论
第一章 复合材料斜拉桥设计的意义
1.1 斜拉桥及其发展
1.1.1 斜拉桥及其优点
1.1.2 斜拉桥在世界及中国的发展
1.2 斜拉桥设计理论基础及其发展
1.3 复合材料结构及其特点
1.3.1 复合材料结构
1.3.2 复合材料结构的特点
1.4 复合材料结构在工程上的应用
1.5 复合材料结构在桥梁工程上的应用
1.6 本书研究的主要内容
第二章 变物性非均质复合材料力学性质研究
2.1 基本理论
2.1.1 质量守恒定律
2.1.2 动量守恒定律
2.1.3 动量矩守恒定律
2.1.4 热力学第一定律
2.1.5 热力学第二定律
2.1.6 傅立叶（Fourier）定律
2.2 本构方程的初始形态--本构关系
2.3 本构方程
2.4 热传导方程
2.5 算例
2.5.1 有限元分析模型
2.5.2 变物性的考虑
2.6 小结
第三章 复合材料结构的初应力问题
3.1 有限位移弹性理论
3.1.1 Lagronge应变张量
3.1.2 有限位移弹性理论的应力分析和平衡方程
3.1.3 小位移弹性理论的应力分析和平衡方程
3.1.4 应力一应变本构关系
3.2 虚功原理
3.2.1 小位移弹性理论虚功原理
3.2.2 有限位移弹性理论的虚功原理
3.3 初应力问题
3.4 算例
3.4.1 复合材料制备时的初应力
3.4.2 复合材料受外载荷作用时，由于非线性效应产生的初应力
3.4.3 在长期载荷作用下初应力的考虑与影响
3.5 小结
第四章 复合材料结构斜拉桥箱梁扭转分析
4.1 复合材料的等代处理
4.1.1 层合梁的抗弯刚度和应力
4.1.2 层合梁的剪应力
……
第五章 斜拉桥几何非线性简化分析
第六章 总结与展望
参考文献