检索结果-南通市图书馆

作者：谭健湖南大学

学位级别：硕士

传统正交异性钢桥面板的铺装层易磨损和钢结构部分容易出现疲劳开裂一直以来是困扰着全世界桥梁工程师的两大顽疾,为了解决正交异性板以上这两类病害,湖南大学邵旭东教授提出了一种钢-uhpc轻型组合桥面结构。通过栓钉的剪力连接作用,密... 详细信息

传统正交异性钢桥面板的铺装层易磨损和钢结构部分容易出现疲劳开裂一直以来是困扰着全世界桥梁工程师的两大顽疾,为了解决正交异性板以上这两类病害,湖南大学邵旭东教授提出了一种钢-uhpc轻型组合桥面结构。通过栓钉的剪力连接作用,密配筋的uhpc(Ultra High Performance Concrete)层与正交异性钢桥面板协同受力,这有效降低了钢结构疲劳应力幅,从而大大降低了铺装层破损和钢结构部分出现疲劳开裂的概率。因此,从长远的角度看,钢-uhpc轻型组合桥面结构是一种对环境非常友好的结构形式。为了对钢-uhpc轻型组合桥面结构的节能减排进行合理的研究,本文采用了生命周期评价法对其进行环境影响评价分析。桥面结构生命周期模型的边界条件主要是基于国际标准化组织制定的生命周期理论框架《ISO 14040:2006》确定的。轻型组合桥面结构的生命周期模型主要分为原材料制备、交通运输、施工建造和运营维护这样四个阶段。通过调研各类文献、数据库和工程资料等资料,分别确定了以上四个阶段的能源消耗和碳排放因素,建立了能源消耗和碳排放清单。其中,离散事件法也被运用到了运营维护阶段的环境影响评价。同时也提出了生命周期各阶段的能源消耗和碳排放的计算方法,从而完善了轻型组合桥面结构的生命周期评价模型。在100年的桥梁结构生命周期基准年限内,施工维护类事件发生的频率是影响桥面结构体系节能减排方的一个关键因素。在生命周期运营维护阶段,施工活动会造成机动车辆的交通延误。针对交通延误所造成的环境影响,本文先是利用VISSIM4.3对桥面体系进行交通仿真得到交通延误数据;接着通过美国环保部发布的MOVES2014a建模获得机动车辆尾气排放清单。结合两部分的数据得到了交通延误对环境的影响。计算结果表明,交通延误是桥面结构全生命周期内对环境影响最为严重的因素。对于轻型组合桥面结构而言,交通延误造成的能源消耗就占到了全生命周期总能耗的80%。同时,本文还对三种不同交通流量进行了敏感度分析,确定了当交通流量取为2400辆/h时是比较合理的。本文以马房桥作为实桥依托,将第10跨的传统正交异性板与第11跨钢-uhpc轻型组合桥面板进行了环境影响的对比。生命周期各个阶段汇总结果表明,轻型组合桥面结构节能减排性能明显优于传统正交异性板,在能源消耗和碳排放方面,分别下降了70%和68%。

关键词：能源消耗碳排放钢-UHPC轻型组合结构生命周期交通延误

基于PZT测试技术的钢-uhpc组合结构损伤识别研究

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基于PZT测试技术的钢-UHPC组合结构损伤识别研究

作者：邹祺祺湖南大学

学位级别：硕士

湖南大学邵旭东教授团队首次提出了具有局部刚度大、轻巧等优点的钢-uhpc轻型组合桥面结构,近年来在大跨桥梁中应用逐渐增多。运用这种新型结构,钢桥面板易疲劳开裂以及铺装层破损等病害能够得到有效控制。与钢-混组合结构相类似,钢-UHP... 详细信息

湖南大学邵旭东教授团队首次提出了具有局部刚度大、轻巧等优点的钢-uhpc轻型组合桥面结构,近年来在大跨桥梁中应用逐渐增多。运用这种新型结构,钢桥面板易疲劳开裂以及铺装层破损等病害能够得到有效控制。与钢-混组合结构相类似,钢-uhpc交界面通过栓钉紧密结合,可以保证二者协同受力。同时,由于uhpc层通常只有35mm0mm厚,若负弯矩区uhpc表面开裂,可能会影响结构长期使用性能。压电陶瓷因其传感与驱动一体化的优越性,在结构健康监测中适用性较强。本文采用PZT测试技术,对钢-uhpc组合结构负弯矩加载全过程进行监测,对负弯矩加载全历程中产生的界面脱粘损伤及uhpc表面裂缝开展情况进行识别。本文主要工作内容如下:(1)设计并制作钢-uhpc组合梁模型。用常规测试方法和PZT测试技术(波传播法、压电阻抗法)对实验梁负弯矩加载历程进行了测试,采集对结构局部微小损伤敏感的特征参数值,对实验梁加载历程中的损伤情况进行评价。运用Abaqus有限元软件对钢-uhpc组合梁模型的负弯矩加载历程进行模拟。(2)通过建立波传播法损伤识别系统,对实验梁加载历程中的损伤情况进行评价。结果表明:荷载等级为15000kN时,由于模型初裂,刚度下降,各测点先后发生脱粘,PZT接收信号幅值下降;荷载等级为40070kN时,由于实验梁钢梁部分开始屈服,刚度下降,挠度迅速增长,各个测点脱粘损伤程度迅速变大,接收信号幅值下降,总体来说,较为敏感的识别了测点脱粘状态的变化。对于裂缝开展识别,所布PZT测点将实验梁纯弯段uhpc表面划分为6个测区。PZT接收信号幅值的变化较为敏感的反映了裂缝的产生,随着裂缝宽度的增加,PZT接收信号幅值逐渐降低。运用Abaqus有限元软件,对基于波传播法的钢-uhpc组合结构损伤识别过程进行模拟。结果表明,对于脱粘损伤识别,激励频率在4.5.5kHz时,接收信号幅值降低明显;接收信号幅值较为敏感的反映了脱粘损伤的发生,但只有当脱粘厚度或者尺寸较大时,接收信号幅值才会明显进一步下降。对于裂缝损伤识别,激励频率在5kHz和7kHz左右时,接收信号幅值降低明显;随着裂缝宽度的增大,接收信号幅值逐渐降低;接收信号幅值对裂缝深度变化不太敏感,只有当裂缝深度达20mm时,接收信号幅值继续明显下降;对于裂缝数量的变化,接收信号幅值较为敏感,裂缝数量增加,接收信号幅值明显下降。(3)通过建立压电阻抗法法损伤识别系统,对实验梁加载历程中的损伤情况进行评价。结果表明:荷载等级为15000kN时,由于实验梁开裂,各脱粘测点先后发生脱粘损伤,测点的阻抗-频率曲线发生偏离,RMSD损伤指标达到0.05以上,随着荷载等级的增加,脱粘损伤厚度线性增加,RMSD损伤指标逐渐增大;荷载等级为40070kN时,由于实验梁钢梁部分发生屈服,跨中挠度快速增大,各个脱粘测点的脱粘厚度曲线斜率降低,脱粘厚度迅速增加,RMSD损伤指标达到0.1以上,总体来说,RMSD损伤指标较好的识别了脱粘损伤程度。运用Abaqus有限元软件,对基于压电阻抗法的钢-uhpc组合结构损伤识别过程进行模拟。数值模拟结果反映,10000kHz频域段的阻抗曲线特征明显,适合作为损伤识别频域段;界面脱粘损伤厚度增大,RMSD损伤指标随之增大,当脱粘损伤尺寸达到一定程度(100×100mm)时,RMSD损伤指标迅速上升

关键词：钢-UHPC轻型组合结构 PZT 波传播法压电阻抗法

钢-uhpc轻型组合桥面全过程及空间受力性能研究

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钢-UHPC轻型组合桥面全过程及空间受力性能研究

作者：郑晗湖南大学

学位级别：硕士

为解决传统正交异性钢桥面的铺装层破损和钢结构疲劳开裂这两类病害,湖南大学邵旭东教授提出了一种钢-uhpc轻型组合桥面结构,通过剪力连接件使得密配筋uhpc层与钢面板协同受力,有效降低了钢结构疲劳应力幅,并几乎避免了铺装层破损的发... 详细信息

为解决传统正交异性钢桥面的铺装层破损和钢结构疲劳开裂这两类病害,湖南大学邵旭东教授提出了一种钢-uhpc轻型组合桥面结构,通过剪力连接件使得密配筋uhpc层与钢面板协同受力,有效降低了钢结构疲劳应力幅,并几乎避免了铺装层破损的发生。本文的内容从钢-uhpc轻型组合桥面结构的空间受力性能和全过程受力性能两个方面展开:(1)为研究钢-uhpc轻型组合桥面的空间受力性能,依托洞庭湖二桥项目建立了节段模型进行计算分析,结果表明:组合桥面板在车轮荷载作用下的纵横向受力均表现出明显的局部性。各分析断面的组合桥面板均在轮载作用的横向位置出现横向应力峰值,而在其他区域,各分析断面的组合桥面板的横向应力值相差不大,uhpc层最大横向拉应力为6.76MPa;在荷载直接作用的分析断面,组合桥面板在轮载作用的横向位置出现纵向应力峰值;而在其他分析断面,组合桥面板纵向应力分布均匀,uhpc层最大纵向拉应力为7.2MPa。(2)为探索组合桥面板在轮载作用下,第二、第三体系受力的组成,设计制作了一足尺模型,并进行了静载试验和有限元分析,结果表明:组合桥面在车轮荷载作用下,其横向受力局部效应明显;在车轮荷载影响区域内,组合桥面受力以第三体系为主,相应截面弯矩达到了总弯矩的75%,而在其他区域,第三体系受力所占比重迅速衰减,组合桥面受力以第二体系为主。(3)对足尺模型进行了全过程试验与分析,结果表明:横向全过程试验实测的uhpc层横向开裂应变达到了1798με,根据实测的开裂荷载,采用弹性分析方法得到uhpc层的横向开裂强度为35.3MPa,远大于洞庭湖二桥在设计车辆荷载作用下的6.76MPa的uhpc顶面最大横向拉应力,钢-uhpc轻型组合桥面具有良好的使用性能;开裂后,荷载-位移曲线持续上升,密配筋uhpc层在受拉开裂后表现出良好的抗拉韧性。随着荷载的增加,足尺模型的裂缝宽度增长并不显著,而是裂缝数量及裂缝长度逐渐增多,轻型组合桥面板具有良好的能量耗散能力。峰值荷载时,最大裂缝宽度只有0.07mm,uhpc层在使用期间很难出现受拉破坏。

关键词：正交异性钢桥面钢-UHPC轻型组合结构空间受力性能全过程试验

轻型组合桥面uhpc层的弯拉静力及疲劳性能试验研究

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轻型组合桥面UHPC层的弯拉静力及疲劳性能试验研究

作者：李文光湖南大学

学位级别：硕士

基于现代桥梁和组合结构的发展要求,针对常规正交异性钢桥面的两大难题,湖南大学邵旭东教授提出将配筋uhpc通过抗剪连接件与钢桥面板形成组合结构而协同受力,即钢-uhpc轻型组合桥面系。本文为探究该组合桥面系的横向抗弯性能,对10块钢-U... 详细信息

基于现代桥梁和组合结构的发展要求,针对常规正交异性钢桥面的两大难题,湖南大学邵旭东教授提出将配筋uhpc通过抗剪连接件与钢桥面板形成组合结构而协同受力,即钢-uhpc轻型组合桥面系。本文为探究该组合桥面系的横向抗弯性能,对10块钢-uhpc组合简支板进行试验研究及其开裂强度与承载力分析,得出:保护层厚度与截面配筋率对uhpc层开裂荷载影响十分显著,设计时应当将横桥向钢筋置于纵桥向钢筋之上,并适当提高配筋率;当裂缝宽度小于0.2mm时,荷载与最大裂缝宽度关系近似线性。正弯矩作用下,纯弯段裂缝间距几乎与横向钢筋的间距相同;在极限荷载前,荷载与最大裂缝宽度关系近似线性;钢板将纯弯段uhpc最大裂缝宽度有效限制在0.2mm左右。采用弹性分析方法计算uhpc的开裂强度为18.4MPa2.7MPa,大于实桥荷载作用下uhpc顶面横向拉应力;采用塑性分析方法计算钢-uhpc组合板的抗弯承载力,与试验值吻合较好。本文基于已建的肇庆马房大桥与在建的岳阳洞庭湖二桥均采用了带纵向开口加劲肋的轻型组合桥面,开展了不同配筋率的工字钢梁-uhpc轻型组合梁弯拉疲劳试验研究,得出:该轻型组合梁低、高配筋率的uhpc层静力弯拉开裂强度crf分别为33.2MPa与54.6MPa;当uhpc拉应力幅均为0.49crf.15crf时,低、高配筋uhpc层的等效脉动应力分别为14.8MPa、24.3MPa,低、高配筋截面钢-uhpc轻型组合梁分别历经273.4万次、374.0万次弯拉疲劳荷载后,其整体抗弯刚度只稍微减小,uhpc顶面只出现一条细小横向裂缝,说明该轻型组合梁具有良好的抗弯拉疲劳性能;随着截面配筋率的提高,uhpc层的疲劳开裂寿命明显延长,uhpc剩余弯拉强度越大,并且剩余强度与静载强度的比值也越大。本文分别采用Mode code 2010中的推荐公式、基于我国GB50010-2010规范的修正公式与法国UHPFRC-2013规范的推荐公式计算钢-uhpc轻型组合板的裂缝宽度,对比计算结果与试验值可知:基于我国GB50010-2010规范的修正公式可用于预测组合板在负弯矩作用下的开裂荷载,预测值有一定精度且偏安全;对于对于保护层厚较大的组合板,当裂缝宽度小于0.1mm时,可用法国UHPFRC-2013规范的推荐公式的折减计算值来预测负弯矩作用下uhpc顶面的最大裂缝宽度。

关键词：正交异性钢桥面超高性能混凝土钢-UHPC轻型组合结构静力与疲劳受弯性能裂缝宽度