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冷绝缘超导电缆终端用环氧玻璃钢材料绝缘劣化机制研究

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中国电机工程学报 2022年第5期42卷 1690-1700页

作者：张志斌任明宋波陈荣发余家赫范文杰董明电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049

环氧玻璃钢(glass fiber reinforced plastic,GFRP)由于其优异的力学性能及绝缘强度,通常用作超导电缆终端的绝缘材料。但是在生产中不可避免地出现的气隙缺陷大大降低了其在低温下的绝缘寿命与机械性能。该文研究GFRP在低温下的降解过... 详细信息

环氧玻璃钢(glass fiber reinforced plastic,GFRP)由于其优异的力学性能及绝缘强度,通常用作超导电缆终端的绝缘材料。但是在生产中不可避免地出现的气隙缺陷大大降低了其在低温下的绝缘寿命与机械性能。该文研究GFRP在低温下的降解过程,并对其降解机理进行深入探讨。通过比较不同温度下GFRP局部放电行为,可以发现低温下GFRP的局部放电受到抑制;同时,实验结果表明,低温下GFRP的劣化是空间电荷积聚以及力学性能下降共同作用的结果,化学腐蚀以及放电能量的释放对材料劣化影响较小。低温下局部放电带来的局部热积聚增加了材料内部的机械应力,同时空间电荷积聚导致了能量的瞬间释放,在材料力学性能下降的基础上,两者共同作用下材料裂纹快速扩展,加速了材料劣化。

关键词：局部放电材料劣化低温机械性能空间电荷

冻胀冻融作用下材料劣化对板式无砟轨道性能的影响

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交通运输工程学报 2021年第5期21卷 62-73页

作者：闫斌娄徐瑞利谢浩然陈伟程瑞琦中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中国铁路设计集团有限公司天津300308

以哈大高速铁路路基冻胀区板式无砟轨道为研究对象,开展了快速冻融循环作用下C60、C40混凝土和砂浆材料标准立方体试件轴心受压和劈裂抗拉破坏试验,研究了冻融循环作用下材料性能劣化规律;在此基础上,建立了考虑限位凸台、环形树脂和层... 详细信息

以哈大高速铁路路基冻胀区板式无砟轨道为研究对象,开展了快速冻融循环作用下C60、C40混凝土和砂浆材料标准立方体试件轴心受压和劈裂抗拉破坏试验,研究了冻融循环作用下材料性能劣化规律;在此基础上,建立了考虑限位凸台、环形树脂和层间黏结接触性能的CRTSⅠ板式无砟轨道-路基冻胀冻融空间有限元模型,研究了冻融损伤后轨道的静力特性,揭示了底座板的受力状态与损伤特征。研究结果表明:提高混凝土强度等级可显著减缓冻融循环对材料的劣化剥蚀作用,冻融循环加剧会导致结构界面接触状态显著恶化;随着冻融循环作用次数的增加,砂浆层和底座板材料性能劣化显著,弹性模量、层间黏结强度和轴心抗拉强度均大幅减小;与未冻融工况相比,300次冻融循环后,C60、C40混凝土和砂浆的峰值抗压强度降幅分别为14.7%、34.6%和29.9%,C60混凝土与砂浆胶结界面轴心抗拉强度降幅达到90.6%,C60、C40混凝土和砂浆轴心抗拉强度降幅均超过56%;在典型冻胀条件(冻胀波长为10 m,冻胀峰值为8 mm)下,冻胀中心处轨道各结构层上表面均受最大拉应力,在冻胀波脚处出现最大压应力;随着冻融循环次数的增加,轨道板和底座板所受最大拉应力亦不断增加。可见,在设计寒区板式无砟轨道时,底座板为主要控制性构件,底座板中部冻胀为最不利工况。

关键词：铁道工程板式无砟轨道冻融循环材料劣化强度破坏试验路基冻胀

材料劣化对钢-混凝土组合梁桥焊缝疲劳性能的影响

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钢结构（中英文） 2022年第6期37卷 9-17页

作者：刘浪张西东省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆交通大学重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

为研究材料劣化对钢-混凝土组合梁桥焊缝疲劳性能的影响,根据钢筋锈蚀规律、混凝土强度时变规律和钢材腐蚀规律,计算钢筋和钢板失重率、混凝土时变强度,利用ANSYS软件建立劣化梁桥有限元模型,以主梁跨中腹板与下翼缘交接处的焊缝节点为... 详细信息

为研究材料劣化对钢-混凝土组合梁桥焊缝疲劳性能的影响,根据钢筋锈蚀规律、混凝土强度时变规律和钢材腐蚀规律,计算钢筋和钢板失重率、混凝土时变强度,利用ANSYS软件建立劣化梁桥有限元模型,以主梁跨中腹板与下翼缘交接处的焊缝节点为研究对象,首先在AASHTO标准疲劳车作用下,提取不同劣化工况下主梁焊缝节点的应力时程,探讨材料劣化对节点应力的影响;然后基于Miner线性累计损伤理论计算不同劣化年限下的疲劳损伤发展曲线,分析材料劣化对疲劳损伤曲线的影响,探讨车辆通行时桥梁最大应力幅与等效应力循环次数的变化规律;最后定义疲劳损伤比,研究材料劣化对组合梁桥焊接细节疲劳损伤的影响。结果表明:焊缝节点区域的应力易受到材料劣化的影响,焊缝节点的应力值随劣化年限的增加而增大,且越接近加载位置应力值越大;桥梁焊接细节的疲劳损伤发展曲线呈现线性增长趋势,材料劣化会导致疲劳细节的疲劳损伤累积加速,在达到设计基准期时,疲劳损伤值的最大增幅达到7.5倍;最大应力幅对材料劣化更加敏感,疲劳细节产生的最大应力幅增长率呈递增趋势,在100 a劣化工况时,4个节点的应力幅增长率与未劣化时相比分别达到了10.4%,13.6%,8.5%及14.7%,但等效应力循环次数的增长率未呈现明显规律;疲劳损伤比随劣化时长非线性增长,在劣化时间为100 a时,梁桥中4个节点的疲劳损伤比分别为7.0,7.4,6.4以及7.52,且结构劣化程度越大,疲劳损伤比的非线性程度越高。

关键词：材料劣化组合梁桥疲劳损伤应力幅

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列车荷载对板式无砟轨道力学性能的影响分析

西南交通大学学报 2019年第6期54卷 1210-1218页

作者：任娟娟邓世杰闫亚飞杜威倪跃峰西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为研究无砟轨道混凝土在客、货车作用下的劣化规律,基于损伤力学概念,引入损伤变量对混凝土室内循环加载进行试验研究.首先,建立钢轨-扣件-轨道板-CA砂浆层-底座板-地基有限元实体模型,获取试件试验等效应力水平,通过列车车速确定加载频... 详细信息

为研究无砟轨道混凝土在客、货车作用下的劣化规律,基于损伤力学概念,引入损伤变量对混凝土室内循环加载进行试验研究.首先,建立钢轨-扣件-轨道板-CA砂浆层-底座板-地基有限元实体模型,获取试件试验等效应力水平,通过列车车速确定加载频率,然后确定合理的荷载组合模拟工况;其次,应用MTS加载系统对混凝土试件进行循环加载测试,利用无损检测系统测试了不同加载次数下混凝土的动弹性模量以及抗折强度;最后,将动弹性模量和抗折强度作为损伤变量,根据测试结果得到不同应力水平、加载频率作用对轨道板材料力学性能劣化规律的影响.试验结果表明:在客货车荷载作用下,动弹性模量的损伤程度在加载200万次时约为抗折强度的损伤程度的2倍;应力水平一定时,加载频率越小,混凝土动弹性模量以及抗折强度的损伤程度越大,并且在10 Hz与15 Hz频率之间较明显;加载频率一定时,应力水平越大,混凝土动弹性模量以及抗折强度的损伤越严重,应力水平为0.7的混凝土在1 000次左右的加载循环加载下发生破坏;低速的客货车荷载会加快混凝土初期损伤,较高速度的客货车荷载会加速无砟轨道结构后期损伤的发展.

关键词：无砟轨道列车荷载材料劣化损伤应力水平加载频率

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材料劣化的钢筋混凝土桥梁抗震性能

广东建材 2023年第9期39卷 119-123页

作者：陈春贵东莞市尚龙混凝土有限公司

混凝土耐久性下降体现在材料性能的退化上,而材料性能的退化必然会导致桥梁结构抗震性能的降低,探究材料劣化的钢筋混凝土桥梁的抗震性能,对于提高桥梁的安全性和可靠性具有重要意义。结合项目拟以某三跨RC梁桥为例,采用ANSYS有限元程序... 详细信息

混凝土耐久性下降体现在材料性能的退化上,而材料性能的退化必然会导致桥梁结构抗震性能的降低,探究材料劣化的钢筋混凝土桥梁的抗震性能,对于提高桥梁的安全性和可靠性具有重要意义。结合项目拟以某三跨RC梁桥为例,采用ANSYS有限元程序,构建考虑冻融、氯盐等环境因子的三跨RC梁桥整体模型,对其在相同的地震作用下,进行非线性程本构关系的数值模拟,并对其在全寿命周期内的动力反应进行数值模拟,并将其与相应的受力、变形进行比较,最终得出:由于RC梁桥的材料退化,其抗震能力将进一步减弱,因此,需要在设计与施工中给予充分的关注。

关键词：材料劣化桥梁抗震地震反应分析

考虑冲刷和材料劣化耦合作用的钢筋混凝土桥梁桩基承载性能研究

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水利水电技术（中英文） 2023年第3期54卷 116-125页

作者：祝彦知赵雅纯田光辉纠永志程学磊中原工学院建筑工程学院河南郑州450007 中原工学院建筑设计研究院河南郑州450007

桥梁桩基是桥梁承担荷载的重要组成部分,【目的】为研究钢筋混凝土桥梁在劣化和冲刷共同作用下的力学性能变化,【方法】结合工程实例,建立桥梁桩基模型。运用有限元软件模拟钢筋锈蚀,用Mander模型实现混凝土损伤本构模型随服役时间的变... 详细信息

桥梁桩基是桥梁承担荷载的重要组成部分,【目的】为研究钢筋混凝土桥梁在劣化和冲刷共同作用下的力学性能变化,【方法】结合工程实例,建立桥梁桩基模型。运用有限元软件模拟钢筋锈蚀,用Mander模型实现混凝土损伤本构模型随服役时间的变化情况,通过桩周土体钝化实现水流的冲刷作用。根据桥梁服役时间、钢筋混凝土劣化程度和冲刷深度的不同,分别模拟桥梁桩基在此基础上的承载性能变化。【结果】结果显示:桩基在竖向荷载作用下的位移随冲刷深度以及劣化程度的增大而增大;未考虑钢筋混凝土劣化时,极限承载力随着冲刷深度的增大呈减小的趋势,在服役初期,承载力受冲刷影响较大,下降的速度较快,到服役后期,冲刷深度逐渐稳定,承载力受冲刷影响逐渐变小,下降速度趋于平缓;考虑钢筋混凝土劣化时,钢筋锈蚀对冲刷后桩基承载力的影响不大,但核心混凝土劣化对桩基极限承载力有较大的影响。【结论】结果表明:钢筋混凝土桥梁在水流冲刷和材料劣化的共同作用下,桩基承载力较服役前下降较多,影响桥梁正常使用,甚至引发安全事故,因此对于冲刷劣化后桩基的加固工作应引起足够的重视。

关键词：桥梁桩基冲刷材料劣化耦合承载力沉降

地震动卓越周期对在役高墩刚构桥时变响应的影响

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桥梁建设 2019年第3期49卷 17-22页

作者：徐略勤傅沛瑶龚恋重庆交通大学土木工程学院

为明确地震动卓越周期和材料性能劣化对高墩刚构桥地震响应的影响规律和机理,以某高墩连续刚构桥为背景,采用有限元法分析该桥在不同卓越周期地震波作用下的时变响应;建立与该桥基本周期相对应的单自由度体系,赋予其随服役时间变化的基... 详细信息

为明确地震动卓越周期和材料性能劣化对高墩刚构桥地震响应的影响规律和机理,以某高墩连续刚构桥为背景,采用有限元法分析该桥在不同卓越周期地震波作用下的时变响应;建立与该桥基本周期相对应的单自由度体系,赋予其随服役时间变化的基本周期,分析其在正弦波作用下的时变响应规律及影响机理。结果表明:不同卓越周期地震波作用下,高墩刚构桥墩底截面的内力响应有明显差异,且随服役时间的增加逐渐下降;短、中周期结构的时变地震响应由稳态值主导,而长周期结构的时变地震响应主要受瞬态值控制,材料随服役时间的劣化有助于缓解瞬态值突变带来的不利影响;对于高墩刚构桥(长周期结构),时变响应对地震动卓越周期的变化较敏感。

关键词：刚构桥高墩地震动卓越周期时变响应材料劣化单自由度体系有限元法

考虑冲刷和材料劣化的桥梁大直径灌注桩承载性状研究

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考虑冲刷和材料劣化的桥梁大直径灌注桩承载性状研究

作者：赵雅纯中原工学院

学位级别：硕士

近年来,随着桥梁工程的飞速发展,桥梁的安全问题也不容忽视。桥梁桩基作为桥梁的基础,承担着上部荷载和水流的冲刷,同时桩基本身的钢筋混凝土材料在大气和水流的侵蚀下不断发生劣化损伤,导致桩基承载力下降,一旦发生事故将会对人民的生... 详细信息

近年来,随着桥梁工程的飞速发展,桥梁的安全问题也不容忽视。桥梁桩基作为桥梁的基础,承担着上部荷载和水流的冲刷,同时桩基本身的钢筋混凝土材料在大气和水流的侵蚀下不断发生劣化损伤,导致桩基承载力下降,一旦发生事故将会对人民的生命财产安全造成巨大的损失。鉴于此,本文以桥梁单桩基础为研究对象,利用改进的Najar能量理论,推导得出损伤因子计算公式,并将其引入混凝土损伤塑性模型,对桥梁桩基混凝土塑性损伤的过程进行有效模拟;通过midas FEA NX有限元软件建立单桩模型,探究了单桩基础在考虑冲刷和材料劣化损伤耦合条件下承载特性。本文的主要研究内容和成果如下:(1)基于改进的Najar能量理论和现行混凝土结构设计规范,推导了损伤因子计算公式,通过有限元实例的验证,发现公式与试验结果拟合较好;(2)对未劣化单桩进行冲刷模拟,研究其竖向承载性能的变化。冲刷深度越大,同一竖向荷载下,桩顶位移越大;服役时间越久,桩基竖向极限承载力降低越多,当桥梁服役100a时,桩基承载力下降了13.6%;(3)对钢筋劣化的单桩进行冲刷模拟,研究其竖向承载性能的变化规律。发现桩基沉降随服役时间的增加而增加,即桩基承载力随服役时间的增加而降低,但降低的幅度较小,当桩基服役100a时,桩基承载力仅下降了0.7%;(4)考虑混凝土劣化对单桩的影响,并进行数值模拟,结果显示桩基承载力随服役时间的增加而降低,降低的幅度大于钢筋劣化对桩基承载力的影响;(5)通过对钢筋和混凝土同时劣化的单桩进行冲刷模拟,根据模拟结果研究其承载性能的变化情况。桩基承载力随着服役时间的增长呈减小的趋势。钢筋和混凝土同时劣化时,桩基沉降较未劣化时明显增大,且随着服役时间的增长,两种情况下的沉降差值越大,与前文的模拟结果相比,发现混凝土劣化对桩基承载力的影响更大。

关键词：桥梁桩基冲刷材料劣化耦合承载力

考虑材料劣化的钢—混凝土组合梁桥疲劳性能研究

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考虑材料劣化的钢—混凝土组合梁桥疲劳性能研究

作者：张西东重庆交通大学

学位级别：硕士

钢-混凝土组合桥梁被广泛使用在现代桥梁工程中。桥梁在车辆的反复作用下,虽然不会立即破坏,长此以往会对桥梁造成不可逆转的疲劳损伤,最后导致桥梁产生疲劳破环。同时,由于桥梁的服役环境作用、外部荷载作用、运营维护不到位等各种外... 详细信息

钢-混凝土组合桥梁被广泛使用在现代桥梁工程中。桥梁在车辆的反复作用下,虽然不会立即破坏,长此以往会对桥梁造成不可逆转的疲劳损伤,最后导致桥梁产生疲劳破环。同时,由于桥梁的服役环境作用、外部荷载作用、运营维护不到位等各种外部因素,使得桥梁的性能退化,影响桥梁的安全性。在役桥梁的自身的服务水平呈现出一种时变特征,在桥梁劣化作用下,可能加速钢结构桥梁的疲劳损伤的累积速度,缩短桥梁的疲劳寿命,进而对此类桥梁的运营维护提出了更高的要求。本文对结构劣化作用对钢-混凝土组合桥梁的疲劳性能和可靠度指标的影响规律做了系统分析,主要有以下几个方面:1)基于钢筋、混凝土、钢材的腐蚀规律,计算材料的劣化参数,同时对劣化参数进行了分析,结果显示:材料劣化会大幅降低材料的力学性能。根据材料的力学参数劣化模型,利用ANSYS软件建立钢-混凝土组合梁桥劣化有限元模型。并以该桥梁为研究对象,采用单车和多车两种加载方式对不同劣化工况的有限元模型进行加载。2)首先对加载所获得的钢混组合梁桥主梁疲劳细节区域的应力时程曲线进行对比分析。其次,基于Miner线性累积损伤规律,计算了疲劳损伤发展曲线。然后讨论了最大应力幅增长率与应力循环次数增长率的规律。最后,定义疲劳损伤比,分析了结构劣化对车辆通过疲劳损伤的影响。结果表明:结构劣化会导致应力峰值增大;结构劣化的程度越大,疲劳损伤的发展速度越快;最大应力幅增长率随劣化时长增大,等效应力循环次数并没呈现明显的规律性;最后,结构劣化导致的疲劳损伤比随劣化时间呈明显的非线性上升的趋势。3)基于可靠度理论与Miner疲劳累积损伤理论,建立其考虑交通量与车重线性增加的极限状态方程。采用蒙特卡洛方法,使用MATLAB进行可靠度计算。首先,对仅考虑材料劣化对钢-混凝土组合梁桥主梁焊缝细节的疲劳可靠度指标变化规律进行探究。然后对仅考虑交通量增长和交通量对可靠度指标的变化规律进行对比分析。结果表明:材料劣化、交通量增长、车重增长均会降低桥梁的疲劳可靠度,在达到目标可靠度时,车重增长导致的钢-混凝土组合梁桥主梁疲劳细节的疲劳寿命下降幅度最大,材料劣化与车流增长导致的钢-混凝土组合梁桥主梁疲劳细节的疲劳寿命下降幅度基本一致。4)使用可靠度理论方法对车流增长和车重分别与材料劣化共同作用下对可靠度指标的影响规律进行了研究。研究结果表明:考虑交通量增长和车重增长分别与结构劣化双因素耦合作用与仅考虑、材料劣化、交通量增长以及车重增长单个因素作用相比,双因素耦合作用下钢-混凝土组合梁桥疲劳细节的疲劳可靠度明显下降得更快。另外,交通量增长与材料劣化耦合作用时对钢-混凝土组合梁桥疲劳细节的疲劳可靠度的影响幅度小于车重增长与材料劣化相互耦合作用所带来的影响幅度。

关键词：材料劣化疲劳应力幅疲劳损伤可靠度