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预应力混凝土小箱梁腹板裂缝成因机理分析

预应力混凝土小箱梁腹板裂缝成因机理分析

作者：赵呈涛长安大学

学位级别：硕士

预应力混凝土小箱梁以其自重轻、抗扭强度大等特点被广泛应用到现在桥梁的建设之中，但施工以及运营过程中小箱梁会出现不同类型裂缝,其中小箱梁沿预应力管道方向延伸的腹板纵向裂缝十分严重。本文利用现场观测以及有限元分析的方法，... 详细信息

预应力混凝土小箱梁以其自重轻、抗扭强度大等特点被广泛应用到现在桥梁的建设之中，但施工以及运营过程中小箱梁会出现不同类型裂缝,其中小箱梁沿预应力管道方向延伸的腹板纵向裂缝十分严重。本文利用现场观测以及有限元分析的方法，针对此类裂缝的成因机理进行分析研究: 1)文中通对现场腹板裂缝外观参数观测分析，详细统计工程实例中出现的小箱梁腹板裂缝的长度、宽度、深度以及具体位置形式，在裂缝外观统计中对小箱梁裂缝周围区域的混凝土强度以及碳化深度进行实际测量，结合小箱梁腹板裂缝统计结果对腹板纵向裂缝成因进行初步分析。 2)结合实际预应力混凝土小箱梁模型，利用midas2012建立空间有限元模型，对五跨连续小箱梁在张拉架设至运营阶段的腹板应力场进行全面分析。考虑整体施工过程中腹板预应力束、顶板负弯矩束对腹板应力影响，并模拟分析小箱梁可能出现的收缩徐变、支座沉降、移动荷载以及温度效应对腹板应力的影响，研究结果表明：在预应力张拉、温度效应、支座沉降以及收缩徐变的影响下，腹板主拉应力均小于1MPa，移动荷载作用下腹板最大主拉应力为1.47MPa，均不会对腹板纵向开裂产生直接影响。 3)在对小箱梁结构整体分析之后，利用大型通用有限元程序ANSYS建立实体模型，对小箱梁腹板局部可能出现的影响参数进行分析研究。针对预应力管道局部偏差、腹板厚度变化以及普通钢筋配置等因素对腹板影响进行有限元模拟，从而对腹板纵向裂缝成因机理进行分析研究。研究结果表明：预应力局部偏差即会对腹板主拉应力产生极大影响，腹板预应力管道局部偏差2cm，预应力张拉时产生的径向力即会使小箱梁腹板产生纵向裂缝。腹板厚度的减小2cm会使腹板纵向裂缝的开裂荷载减小，极易产生纵向裂缝。腹板普通纵向钢筋以及箍筋的合理布置对开裂荷载影响较小，但抑制对裂缝深度、宽度发展。结构采用的海工混凝土水化速度快、水化热大、配合比不当等对腹板纵向裂缝均有较小影响。 4)并利用本文观测以及研究结果，针对小箱梁纵向裂缝控制措施提出合理建议。

关键词：桥梁工程小箱梁腹板纵向裂缝管道偏差有限元

单索面斜拉桥钢—混组合索塔施工抗风性能研究

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公路 2013年第9期58卷 286-292页

作者：张茜冯宗朝赵呈涛长安大学公路学院西安市710064 兰州大学土木工程与力学学院兰州市730000 大榭大桥有限公司宁波市315812

大榭第二大桥为单索面斜拉桥,为了验证其钢—混组合索塔在施工过程中的抗风安全性,采用有限元数值分析方法,对索塔在下横梁浇筑前、上横梁浇筑前、裸塔阶段等3种施工控制状态,在20年一遇台风作用下的静阵风荷载响应进行了分析,并进一步... 详细信息

大榭第二大桥为单索面斜拉桥,为了验证其钢—混组合索塔在施工过程中的抗风安全性,采用有限元数值分析方法,对索塔在下横梁浇筑前、上横梁浇筑前、裸塔阶段等3种施工控制状态,在20年一遇台风作用下的静阵风荷载响应进行了分析,并进一步分析了裸塔状态下施加临时风缆后对抗风性能的改善情况。研究结果表明:索塔施工过程中风荷载作用下产生的最大拉应力出现在裸塔阶段,位于横桥向迎风侧中塔柱根部,与恒载效应组合后,最大拉应力值为5.04MPa,;最大拉应力产生的裂缝宽度为0.067mm,小于规范规定的限值(0.15mm);裸塔状态下施加临时风缆可以显著减小混凝土塔柱的最大拉应力。

关键词：斜拉桥索塔静阵风荷载裂缝宽度施工过程

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穿刺软组织中针的受力形变仿真和偏差分析

科学技术与工程 2012年第11期20卷 2567-2571,2585页

作者：赵呈涛曾庆军刘海霞江苏科技大学电子信息学院镇江212003

为了提高机器人辅助针穿刺软组织的精度,减小穿刺误差,建立了柔性穿刺针的弹性梁物理模型。提出一种穿刺针受力分析的算法,并通过理论计算和ANSYS对模型进行仿真分析。得到了穿刺针元素结点的挠度和偏转角度,并验证了一致性和算法的正... 详细信息

为了提高机器人辅助针穿刺软组织的精度,减小穿刺误差,建立了柔性穿刺针的弹性梁物理模型。提出一种穿刺针受力分析的算法,并通过理论计算和ANSYS对模型进行仿真分析。得到了穿刺针元素结点的挠度和偏转角度,并验证了一致性和算法的正确性。通过对针尖施加不同大小的集中载荷进行仿真。仿真结果表明线弹刚性针的形变与施加在同一结点力的大小成线性关系,并就穿刺针的穿刺偏差原因,偏差模型进行相应的分析和介绍。

关键词：穿刺针弹性梁软组织 ANSYS

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遥操作康复机器人系统的透明性研究

科学技术与工程 2012年第10期20卷 2319-2322,2332页

作者：刘海霞曾庆军赵呈涛江苏科技大学电子信息学院镇江212003

针对遥操作康复机器人系统通信时延引起系统性能下降问题,通过建立系统的等效电路图,采用阻抗匹配的方法分析了系统在有时延和无时延两种情况下的透明性。仿真实验结果表明该方法的有效性,时延下的系统在保证稳定的基础上实现了良好的... 详细信息

针对遥操作康复机器人系统通信时延引起系统性能下降问题,通过建立系统的等效电路图,采用阻抗匹配的方法分析了系统在有时延和无时延两种情况下的透明性。仿真实验结果表明该方法的有效性,时延下的系统在保证稳定的基础上实现了良好的透明性。

关键词：遥操作康复机器人透明性时延

基于软组织环境的遥操作机器人系统滑模变结构控制研究

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基于软组织环境的遥操作机器人系统滑模变结构控制研究

第三十届中国控制会议

作者：曾庆军赵呈涛王艳江苏科技大学电子信息学院

针对遥操作机器人系统在实际微创手术应用中存在非线性软组织作业环境而易导致系统不稳定和难以控制的问题,通过系统动力学建模,在系统理想性能的定义下,设计了一种保持系统稳定和具有良好操作性能的新型控制方案,方案中主机械手采用基... 详细信息

针对遥操作机器人系统在实际微创手术应用中存在非线性软组织作业环境而易导致系统不稳定和难以控制的问题,通过系统动力学建模,在系统理想性能的定义下,设计了一种保持系统稳定和具有良好操作性能的新型控制方案,方案中主机械手采用基于期望特性的阻抗控制,从机械手采用基于指数趋近律的滑模变结构控制策略,并研制了一套新颖的实验系统,实验结果表明:采用本文所设计的控制器,系统能在真实动物软组织环境下较好地实现位置和力的比例跟踪,验证了该方案的有效性和鲁棒性.

关键词：遥操作机器人滑模变结构控制比例跟踪位置跟踪软组织

来源： cnki会议评论

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矩形钢管混凝土短柱的轴心受压性能分析

城市建筑 2024年第11期21卷 176-178页

作者：赵呈涛孙贯拓宁波市交通规划设计研究院有限公司宁波市奉化区交通投资发展集团有限公司

采用考虑钢—混界面的接触的非线性有限元方法分析了内加劲肋矩形钢管混凝土短柱轴心受压性能。分析结果表明,矩形钢管混凝土短柱的轴压破坏过程表现出明显的弹塑性特征,短柱破坏时,钢管中部的纵向应力水平普遍较高,横向应力仅在壁板的... 详细信息

采用考虑钢—混界面的接触的非线性有限元方法分析了内加劲肋矩形钢管混凝土短柱轴心受压性能。分析结果表明,矩形钢管混凝土短柱的轴压破坏过程表现出明显的弹塑性特征,短柱破坏时,钢管中部的纵向应力水平普遍较高,横向应力仅在壁板的角点处偏高;钢管内壁设置的开孔钢板加劲肋能够有效约束钢管壁板的鼓曲变形,改善钢管壁板的屈曲形态,提高钢管壁板的屈曲荷载;开孔钢板加劲肋还能起到提高钢管壁板对管内混凝土约束作用的效果。

关键词：钢管混凝土短柱轴心受压有限元方法约束效应

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简支预应力混凝土箱梁的收缩徐变效应研究

城市建筑 2024年第12期21卷 210-212页

作者：孙贯拓赵呈涛宁波市奉化区交通投资发展集团有限公司宁波市交通规划设计研究院有限公司

采用有限元方法对60m简支预应力混凝土箱梁的收缩应变、徐变应变与混凝土龄期之间的关系,收缩徐变效应对简支箱梁的竖向变形的影响,以及收缩徐变效应引起的预应力损失对简支箱梁的竖向变形的影响进行了研究。研究结果表明,在浇筑结束至... 详细信息

采用有限元方法对60m简支预应力混凝土箱梁的收缩应变、徐变应变与混凝土龄期之间的关系,收缩徐变效应对简支箱梁的竖向变形的影响,以及收缩徐变效应引起的预应力损失对简支箱梁的竖向变形的影响进行了研究。研究结果表明,在浇筑结束至龄期100d范围内,收缩徐变应变随龄期增长呈现出线性快速增长态势;龄期超过100d后,应变增大速度逐渐减缓;在混凝土浇筑结束至龄期25d时间范围内,徐变变形随龄期增长呈线性快速增长趋势;随混凝土龄期进一步增长,徐变变形增速减缓;在混凝土浇筑结束至龄期140d范围内,收缩徐变效应导致的预应力损失引起主梁最大下挠2.3mm,龄期达1000d时的主梁下挠最大值为4.0mm。

关键词：桥梁工程预应力混凝土预制箱梁收缩效应徐变效应

具有时延的遥操作机器人系统稳定性与透明性研究

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江苏科技大学学报（自然科学版） 2012年第6期26卷 581-586页

作者：曾庆军刘海霞赵呈涛江苏科技大学电子信息学院江苏镇江212003

针对遥操作机器人系统通信时延引起系统不稳定以及性能下降等问题,将系统描述成一个具有时延的状态方程,通过构造适当的李雅普诺夫函数,分析了时延下系统处于约束运动状态下的稳定性,并得到系统的稳定性条件.此外,通过建立系统的等效电... 详细信息

针对遥操作机器人系统通信时延引起系统不稳定以及性能下降等问题,将系统描述成一个具有时延的状态方程,通过构造适当的李雅普诺夫函数,分析了时延下系统处于约束运动状态下的稳定性,并得到系统的稳定性条件.此外,通过建立系统的等效电路图,研究了一种采用阻抗匹配方法分析系统在有时延和无时延情况下透明性的新方法.仿真实验结果表明该方法的有效性,时延下的系统在保证稳定的基础上实现了良好的透明性.

关键词：遥操作机器人稳定性透明性时延

机器人辅助穿刺手术中针与组织形变有限元仿真研究

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江苏科技大学学报（自然科学版） 2012年第5期26卷 487-493页

作者：曾庆军赵呈涛刘海霞江苏科技大学电子信息学院江苏镇江212003

为了提高机器人辅助针穿刺软组织的精度,减小穿刺误差,建立了柔性穿刺针的弹性悬臂梁物理模型,提出一种穿刺针受力分析的算法,并通过理论计算和ANSYS对模型进行仿真分析,得到了穿刺针元素节点的挠度和偏转角度,并验证了一致性.此外,利... 详细信息

为了提高机器人辅助针穿刺软组织的精度,减小穿刺误差,建立了柔性穿刺针的弹性悬臂梁物理模型,提出一种穿刺针受力分析的算法,并通过理论计算和ANSYS对模型进行仿真分析,得到了穿刺针元素节点的挠度和偏转角度,并验证了一致性.此外,利用准静态有限元分析法将软组织形变的连续动态过程离散成静态有限元模型,对二维软组织和三维软组织进行有限元模拟仿真,得到各节点的形变位移和力的分布云图,为预测组织形变和术前规划提供了重要的参考依据.

关键词：机器人辅助穿刺针弹性梁软组织形变