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氯盐腐蚀对波形腹板钢底板组合箱梁弯曲力学性能的影响及试验研究

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氯盐腐蚀对波形腹板钢底板组合箱梁弯曲力学性能的影响及试验研究

作者：刘愈之兰州交通大学

学位级别：硕士

波形腹板钢底板组合箱梁(以下简称新型组合箱梁)是一种在传统波形钢腹板组合箱梁的基础上将混凝土底板置换为平钢底板的一种新型结构形式。其具有自重轻,抗弯抗震能力强以及工厂预制式制造及装配式施工等特点,是一种具有广阔应用前景的... 详细信息

波形腹板钢底板组合箱梁(以下简称新型组合箱梁)是一种在传统波形钢腹板组合箱梁的基础上将混凝土底板置换为平钢底板的一种新型结构形式。其具有自重轻,抗弯抗震能力强以及工厂预制式制造及装配式施工等特点,是一种具有广阔应用前景的新型组合结构桥梁。由于新型组合箱梁结构投入生产使用时间较短,国内外学者对其研究较少,尤其是考虑耐久性问题的研究更是未见有关文献。在未来新型组合箱梁桥在全国范围内进行推广运用时,难免会面临如盐渍土、盐湖以及沿海地区等一些特殊地区环境对结构的腐蚀问题,这类地区环境中由于土壤、水域以及气溶胶内往往含有大量的氯离子,严重影响了该类新型结构的使用寿命。因此,开展对新型组合箱梁结构受氯盐腐蚀影响的研究具有十分重要的理论意义与工程实用价值。本文依托甘肃省交通厅科研项目“甘肃省公路混凝土桥梁全寿命设计与应用技术研究(科技项目2020-05)”,采用理论分析、模型试验以及有限元数值模拟相结合的方法,系统研究了氯盐腐蚀对该类新型结构弯曲力学性能的影响,为该类新型组合箱梁结构桥设计施工的优化及耐久性能的提高起到了一定的参考价值。本文主要研究内容及成果如下:(1)采用能量变分法,综合考虑剪切剪滞影响,引入了形式为二次函数的剪滞翘曲位移函数,并设置了两个翘曲位移函数,通过最小势能原理,对波形腹板钢底板组合箱梁的竖向弯曲时的控制微分方程和自然边界条件进行了推导,得到了相应广义位移的闭合解。(2)设计制作了缩尺模型试验梁,采用全浸泡的方法将模型试验梁在初始浓度为6%的氯化钠溶液中进行了为期517d的腐蚀。模型试验梁腐蚀完成后,观察发现其钢构件均发生了较为严重的锈蚀现象,但混凝土顶板未发生明显腐蚀现象;将腐蚀前后的模型试验梁在线弹性范围内进行了竖向集中荷载加载试验。研究结果表明,模型试验梁腐蚀前后混凝土顶板沿截面高度应变分布均近似符合“平截面假定”,但模型试验梁腐蚀后的竖向位移以及顶、底板正应力较腐蚀前明显增大,说明氯盐腐蚀降低了模型试验梁的强度、刚度以及承载能力。(3)基于失重法,对腐蚀后模型试验梁的波形钢腹板以及钢底板进行了平均腐蚀深度测算;后运用均匀削减截面法,通过ANSYS有限元软件对腐蚀前后的模型试验梁加载过程进行了模拟。结果表明,模型腐蚀前后的本文理论值、试验值以及有限元数值模拟值吻合良好,由此验证了有限元模型的正确性,同时也说明了通过均匀减小截面法模拟均匀腐蚀后模型试验梁的可靠性。(4)分析了富含氯离子的海洋性气候对模型试验梁的自振特性的影响。对模型试验梁暴露在海洋性气候不同时长的腐蚀深度进行了预测,后运用ANSYS有限元软件对不同腐蚀时长的模型试验梁进行了建模并计算了前6阶自振频率。结果表明,海洋性气候可以显著降低模型试验梁前6阶自振频率,说明了海洋性气候由于气溶胶中氯离子含量高,对模型试验梁腐蚀严重,劣化了梁体的刚度,降低了梁体的整体稳定性能。

关键词：氯盐腐蚀波形腹板钢底板组合箱梁能量变分法弯曲力学性能模型试验

高密度预制体制备炭/炭复合材料的弯曲力学性能与断裂机制(英文)

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中国有色金属学报：英文版 2011年第8期21卷 1795-1800页

作者：张明瑜苏哲安李建立黄启忠中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

以丙烯作为碳源,氮气作为载气,采用初始密度为0.94g/cm3三维正交PAN基12K炭纤维预制体,利用自制的快速CVI炉制备基体热解炭结构为带状结构的C/C复合材料。力学性能测试结果表明,材料的弯曲断裂特征与制备过程中受到的高温热处理次数有... 详细信息

以丙烯作为碳源,氮气作为载气,采用初始密度为0.94g/cm3三维正交PAN基12K炭纤维预制体,利用自制的快速CVI炉制备基体热解炭结构为带状结构的C/C复合材料。力学性能测试结果表明,材料的弯曲断裂特征与制备过程中受到的高温热处理次数有关。从载荷-位移曲线来看,当C/C复合材料经过两次热处理时,C/C复合材料呈明显假塑性断裂特征。当C/C复合材料经过三次热处理时,载荷-位移曲线趋于稳定平滑,抗弯强度降低。从C/C复合材料断面的SEM图可以观察到材料断裂可以分为层间断裂和层内断裂,而层内断裂又因热解炭填充密度变化呈明显的分区断裂。由于热解炭和纤维含量在C/C复合材料中分布的差异,材料在不同的区域表现出不同的断裂特征,从而使得材料具备良好的弯曲强度同时具有一定的韧性特征。

关键词： C/C 复合材料化学气相渗透(CVI) 高密度预制体弯曲力学性能断裂机制

SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料弯曲力学性能及其评价

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复合材料学报 2002年第6期19卷 57-60页

作者：郭成郭生武程羽张新功史东才西安交通大学机械工程学院西安710049

　采用三点弯曲法,对SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料的弯曲力学性能进行了研究,提出了梯度复合材料抗弯强度比R1和R2两个新的力学性能评价指标。结果表明:金属基梯度复合材料(MMGC)的弯曲力学性能与其基本组分力学性能的关系不符合RO... 详细信息

　采用三点弯曲法,对SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料的弯曲力学性能进行了研究,提出了梯度复合材料抗弯强度比R1和R2两个新的力学性能评价指标。结果表明:金属基梯度复合材料(MMGC)的弯曲力学性能与其基本组分力学性能的关系不符合ROM法则,材料的抗弯强度和最大挠度强烈地受到SiC颗粒梯度分布方式与弯曲方向的影响;当基体处于受拉侧,高SiC含量组分处于受压侧时,MMGC能充分发挥其性能优势;MMGC在受梯度应力作用下的力学性能优势和其方向性特征受到材料状态、材料宏观不均匀性和微观连续性等因素的影响;MMGC的抗弯强度比R1反映了这类材料的性能优势,而抗弯强度比R2则反映了材料的方向性能特征。

关键词： SiC 颗粒增强铝合金基梯度复合材料评价弯曲力学性能碳化硅

超高层建筑中单层钢筋混凝土薄板弯曲力学性能研究

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科技通报 2017年第1期33卷 182-185页

作者：张智青海民族大学建筑工程学院青海西宁810007

为了更好地研究钢筋混凝土的结构性能,文中以超高层建筑中单层钢筋混凝土薄板为研究目标,对该结构弯曲力学性能进行有效分析。在基于有限元弹性理论及钢筋混凝土薄板理论上,求解出钢筋混凝土薄板不同方向的弯曲刚度、单元刚度矩阵及内... 详细信息

为了更好地研究钢筋混凝土的结构性能,文中以超高层建筑中单层钢筋混凝土薄板为研究目标,对该结构弯曲力学性能进行有效分析。在基于有限元弹性理论及钢筋混凝土薄板理论上,求解出钢筋混凝土薄板不同方向的弯曲刚度、单元刚度矩阵及内力矩阵,在继续计算板开裂后结点位移,并结合内力矩阵求出混凝土薄板整体刚度及整体内力矩阵;通过设计并制作混凝土薄板进行加载实验,分析混凝土薄板不同厚度及不同强度等级对单层钢筋混凝土薄板弯矩和挠度的影响规律。实验证明,实验结果数据显示,准确地分析出了钢筋混凝土薄板的弯曲力学性能。

关键词：超高层建筑钢筋混凝土薄板弯曲力学性能

正交异性钢-UHPC组合桥面板弯曲力学性能与计算方法研究

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正交异性钢-UHPC组合桥面板弯曲力学性能与计算方法研究

作者：杨明福州大学

学位级别：硕士

将桥面结构中的普通混凝土或沥青混凝土替换为超高性能混凝土(UHPC)形成组合桥面板,可以解决钢桥面铺装易损与桥面板疲劳开裂两项难题。本文在课题组对UHPC力学性能的研究基础上,结合国内外实际工程采用的UHPC桥面结构形式,对正交异性钢... 详细信息

将桥面结构中的普通混凝土或沥青混凝土替换为超高性能混凝土(UHPC)形成组合桥面板,可以解决钢桥面铺装易损与桥面板疲劳开裂两项难题。本文在课题组对UHPC力学性能的研究基础上,结合国内外实际工程采用的UHPC桥面结构形式,对正交异性钢-UHPC组合桥面板的弯曲力学性能与计算方法展开试验与理论研究。主要完成工作包括:(1)设计11组UHPC板和2组钢纤维混凝土(SFRC)板对比试件,进行了四点弯曲试验。研究了钢纤维掺量、配筋率及板厚等因素对UHPC板弯曲性能的影响,试验发现:相同配筋的UHPC板的抗弯抗裂性能均明显优于SFRC板;当UHPC板配筋率分别提高1.31%、2.61%,其极限弯矩分别提高了 10.34%与20.31%;纤维体积掺量从1.5%增加到3%时,UHPC板开裂强度和极限强度提高了 29.34%;纤维体积掺量由3%增加到4.5%时,其开裂荷载提高了 66.7%,极限荷载提高22.7%;板厚由50mm增加到60mm时,开裂强度增加了 25.5%,极限强度增加了 3.0%;板厚由60mm增加到75mm时,开裂强度增加了 12.9%,极限强度增加了 37.0%。结合试验数据并参照UHPC矩形梁的计算理论,拟合得到UHPC矩形板的开裂强度与极限弯矩的简要计算公式。(2)采用混凝土层厚60mm的钢-UHPC组合板、混凝土层厚75mm的钢-SFRC组合板进行弯拉试验。试验发现钢-SFRC组合板开裂荷载为24～28kN,极限荷载在60kN左右,而钢-UHPC组合板开裂荷载为30～40kN,极限荷载在74kN以上;按截面换算法计算UHPC层的开裂强度为26.42MPa,SFRC层的开裂强度为12.37MPa。可见,UHPC的抗裂抗弯性能比SFRC更好,且UHPC与钢板工作协调性要优于SFRC,对于试验组合板负弯矩设计,采用UHPC更能发挥钢筋与钢板的力学性能。(3)在组合板弯拉结果的基础上,对T肋加劲的正交异性钢-UHPC组合桥面板正、负弯矩区分别进行四点和悬臂加载。发现正弯矩区试件整体破坏模式为跨中UHPC达到极限压应变,而悬臂负弯矩破坏以跨中UHPC层的混凝土弯拉开裂为极限状态。应用ABAQUS软件,对正交异性钢-UHPC组合桥面板正、负弯矩区进行数值模拟,并通过上述试验结果对其正确性进行验证。基于经试验验证的数值模拟方法进行正交异性钢-UHPC组合桥面板抗弯承载力分析,得到正交异性钢-UHPC组合桥面板抗弯承载力可采用基于钢-普通混凝土组合梁的塑性抗弯承载力计算公式进行计算,对于负弯矩区抗弯承载力计算时需要考虑UHPC的抗拉强度。

关键词：组合桥面板弯曲力学性能 UHPC桥面板计算方法数值模拟

波形腹板钢底板组合箱梁弯曲力学性能分析及模型试验研究

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波形腹板钢底板组合箱梁弯曲力学性能分析及模型试验研究

作者：孙嘉明兰州交通大学

学位级别：硕士

波形腹板钢底板组合箱梁是将传统波形钢腹板组合箱梁的混凝土底板换成了平钢底板的一种新型桥梁结构。其受力更加合理,重量更轻,跨度更大。钢底板和波形钢腹板可以工厂预制拼装进一步加快施工进度。该桥型已经在甘肃省内的桥梁建设率先... 详细信息

波形腹板钢底板组合箱梁是将传统波形钢腹板组合箱梁的混凝土底板换成了平钢底板的一种新型桥梁结构。其受力更加合理,重量更轻,跨度更大。钢底板和波形钢腹板可以工厂预制拼装进一步加快施工进度。该桥型已经在甘肃省内的桥梁建设率先投入使用。因此,对这种混凝土顶板-波形钢腹板-钢底板的新结构研究具有重要意义和价值。本文依托甘肃省2019年重大科技专项“公路新型钢混组合桥梁建造成套技术研究及产业化”通过试验和有限元模拟对该结构的弯曲力学性能、有效翼缘宽度和荷载横向分布进行了研究,得到以下结果:(1)首先对模型试验的模型尺寸和测试布点进行了设计,对模型进行制作。通过模型试验得到5种控制工况下顶底板和波形腹板受力情况以及各腹板底部挠度变化情况。偏载工况下,主梁的应力值距荷载作用位置越远分布越均匀,主梁应力值在荷载作用附近相差很大,在受集中荷载作用时,产生应力集中的现象。挠度影响线的竖标值与荷载作用位置有关,腹板距荷载作用位置越远,该腹板处的竖标值越小,按挠度求得影响线竖标值的差值相比应力较小。(2)通过引入新型波形腹板钢混组合箱梁剪切转角,将波形钢腹板箱梁的受力比作轴力作用产生的弯矩和弯曲作用产生的弯矩的叠加。对新型波形腹板钢混组合箱梁的变形和顶底板应力进行了理论推导,并将试验模型梁的边界条件带入理论推导公式得出解析解。将具体参数带入理论推导公式求得跨中混凝土顶底板应力值和挠度值。对比发现跨中截面应力值与理论计算符合很好。(3)以试验模型梁为背景,参考各国现行规范并与有限元进行对比。荷载作用下,各国规范与有限元值相差较大,主要原因是因为各国规范计算有效翼缘宽度考虑的因素不同,但各国规范均对偏载状况下有效翼缘宽度没有进行规定。在偏载工况下有效翼缘宽度随加载位置的不同而变化。当集中力从横截面对称位置向边缘移动过程中,当荷载作用在外腹板位置时,有效翼缘宽度系数最小。整体来看,偏载作用下比对称加载工况下有效翼缘宽度系数要小。在跨中横向加均布荷载时,有效翼缘宽度系数最大,最大值为0.924。(4)建立波形腹板钢混组合箱梁桥空间有限元模型,计算该模型在不同工况下的应力值和挠度值并与试验值进行对比。分别基于应力效应和挠度效应反算荷载横向分布系数,并与刚接梁法和铰接板法进行比较,结果发现基于挠度效应反算荷载横向分布系数比基于应力效应反算荷载横向分布系数更准确。(5)通过Midas FEA软件模拟,设定不同尺寸和位置的的横向联系,研究横隔板和K字撑的尺寸和位置对波形腹板钢底板箱梁荷载横向分布的影响。发现随着梁间K字撑宽度和箱室内横隔板厚度的增加,各主梁荷载分担比例最大值逐渐减小,且中梁荷载分担比例减小比边梁更加明显。本文主要对于波形钢腹板钢底板组合箱梁弯曲力学性能进行了一定研究,为今后该类桥梁的设计以及推广应用提供一定的依据和支持。

关键词：波形钢腹板模型试验弯曲力学性能有效翼缘宽度荷载横向分布

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纺织纤维弯曲力学性能及其应用

西安工程大学学报 2016年第2期30卷 137-142页

作者：姚穆孙润军来侃陈美玉刘呈坤西安工程大学纺织与材料学院陕西西安710048

纺织纤维材料的弯曲力学性能在一些实际应用中已有漫长的历史.西方的提琴,中国的胡琴、七弦琴等的琴弦都是由纺织纤维材料制作而成,是专人根据历史经验选择纤维材料,经反复试验设计而成.纺织纤维材料制作的防噪声耳塞也只考虑空气流通... 详细信息

纺织纤维材料的弯曲力学性能在一些实际应用中已有漫长的历史.西方的提琴,中国的胡琴、七弦琴等的琴弦都是由纺织纤维材料制作而成,是专人根据历史经验选择纤维材料,经反复试验设计而成.纺织纤维材料制作的防噪声耳塞也只考虑空气流通的阻力,没有考虑纤维弯曲振动力学的影响和作用.本文从理论上分析了纤维弯曲力学性能与弦振动以及振动波能量之间的关系,通过实验验证,推导出理论方程,提出设计方法.并在纺织纤维的应用中补充了例如纤维非圆形截面的修正因素,为乐器选材设计、纤维线密度测试、防噪声耳塞材料选配设计提供了理论基础和方法.

关键词：纺织纤维弯曲力学性能弦振动两端支撑的简支樑吸收振动能

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液氮低温处理桦木胶合板的弯曲力学性能研究

林业科技开发 2009年第3期23卷 52-55页

作者：程秀才张晓冬张齐生胡启龙岳孔南京林业大学南京210037 南京市产品质量监督检验院南京工业大学

研究了国产桦木胶合板在常温状态下、液氮低温(-196℃)状态下和液氮低温处理(-196℃,48 h)后的弯曲力学性能,并分析了其用于LNG船绝缘箱的可行性。结果表明:在低温状态下(-196℃)桦木胶合板的弯曲力学性能各项测试指标均显著高于在常温... 详细信息

研究了国产桦木胶合板在常温状态下、液氮低温(-196℃)状态下和液氮低温处理(-196℃,48 h)后的弯曲力学性能,并分析了其用于LNG船绝缘箱的可行性。结果表明:在低温状态下(-196℃)桦木胶合板的弯曲力学性能各项测试指标均显著高于在常温状态下测试结果,MOE增加趋势比MOR更加显著;在低温处理后(-196℃,48 h)桦木胶合板弯曲力学性能各项测试指标略低于常温状态下测试结果,MOE降低趋势比MOR略显著;国产桦木胶合板在常温状态下、液氮低温状态下(-196℃)和液氮低温处理后(-196℃,48 h)的纵横向MOR与MOE的平均值均高于LNG船绝缘箱要求,完全满足使用需要,可以用于制造LNG船绝缘箱的绝热材料。

关键词：桦木胶合板弯曲力学性能液氮绝热箱

混掺精细钢纤维/PVA纤维水泥基复合材料的四点弯曲力学性能试验研究

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混凝土 2022年第9期 16-19页

作者：刘雁宁张涛李杉山西职业技术学院山西太原030006 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

通过四点弯曲试验研究精细钢纤维/聚乙烯醇(PVA)纤维混掺对水泥基复合材料的弯曲性能的影响,试验考虑PVA纤维体积掺量为1.0%,精细钢纤维体积掺量为0.4%、0.8%、1.2%、1.6%,分析不同掺量对试件破坏形态、荷载-挠度曲线、韧性指数、裂缝... 详细信息

通过四点弯曲试验研究精细钢纤维/聚乙烯醇(PVA)纤维混掺对水泥基复合材料的弯曲性能的影响,试验考虑PVA纤维体积掺量为1.0%,精细钢纤维体积掺量为0.4%、0.8%、1.2%、1.6%,分析不同掺量对试件破坏形态、荷载-挠度曲线、韧性指数、裂缝分布的影响规律。结果表明:精细钢纤维与PVA纤维混掺后,试件的荷载-挠度曲线呈双峰状,破坏后呈多缝开裂,裂缝宽度减小。体积掺量为0.8%精细钢纤维与1%PVA纤维的混掺试件,其抗弯强度提高了138%,韧性指数I_(5)、I_(10)、I_(20)分别提高了8.5%、18.3%、25.9%,混掺纤维可有效提高水泥基复合材料的抗弯性能。

关键词：工程材料混杂纤维试验研究弯曲力学性能精细钢纤维聚乙烯醇纤维