基于水化热温度效应的智能混凝土梁桥受力性能研究

发布时间：2017-08-08 15:01

  本文关键词：基于水化热温度效应的智能混凝土梁桥受力性能研究

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【摘要】：预应力钢筋混凝土梁桥由于其整体性好、跨度大、重量较轻、造型美观等特点,已被广泛应用于桥梁工程的建设中,并逐渐向大跨度、大截面方向发展,在尺寸效应上,已迈进大体积混凝土范畴。已有研究资料表明,环境条件、超载等因素都会加剧桥梁结构挠度和裂缝的发展,使钢筋暴露于外界环境中,从而加剧钢筋的锈蚀。众所周知,钢筋锈蚀严重影响钢筋力学性能,引起混凝土保护层剥落,降低结构延性和承载力,对结构的安全性及使用寿命造成威胁。尤其对于海洋环境下的桥梁,受潮湿空气和氯离子的影响,裂缝的防治早已成为桥梁工程的重中之重。形状记忆合金(SMA)由于其独特的形状记忆效应,已逐渐被应用于土木工程领域。当SMA温度升高时,由于材料变形,可产生高达400MPa~600MPa的回复力作用。目前已有研究成功地将SMA应用于混凝土梁桥中,实现了结构的智能控制。但在激发SMA回复力时往往采用通电方式对其加热,由于施工条件的限制,该方法难以在工程中实现。本文将SMA绞线布置于梁桥底板处,利用混凝土水化热的温度效应激发SMA变形,并使回复力作用于结构以控制桥梁裂缝和挠度的发展,从而达到提高结构耐久性和安全性的效果。概括起来,本文的主要研究工作如下:(1)针对某混凝土箱型梁,进行了温度场和应力场的理论研究和有限元分析。通过计算值与实测结果的对比分析,验证了ANSYS分析箱梁温度效应的正确性,并对箱梁温度场应力场的发展规律及腹板温度裂缝的产生机理进行了阐述。(2)通过对某单跨预应力混凝土空心板梁桥温度场的有限元研究,分析SMA布置点处的温度情况。结合已有试验研究成果,计算该温度可激发某NiTi-SMA产生回复力的大小,以及所需施加的预应变值。(3)基于热力耦合的思想对某智能混凝土梁桥进行受力性能研究。分别对SMA绞线布置前后的承载能力和车辆荷载作用下的裂缝和挠度变化进行有限元分析。研究结果表明:SMA由水化热激发的回复力对混凝土梁桥的裂缝和跨中挠度有显著的抑制作用,结构耐久性得到明显改善。
【关键词】：混凝土箱梁桥 有限元分析 混凝土裂缝 形状记忆合金 回复力
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 形状记忆合金特点及应用10-15
• 1.2.1 形状记忆合金的相变10-11
• 1.2.2 形状记忆效应11-13
• 1.2.3 超弹性效应13-14
• 1.2.4 智能混凝土梁桥工作原理14-15
• 1.3 国内外研究现状15-19
• 1.3.1 混凝土梁桥水化热的研究现状15-17
• 1.3.2 形状记忆合金的研究现状17-19
• 1.4 本文的主要内容19-20
• 第二章 箱型梁水化热温度效应计算理论分析20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 热传导方程20-22
• 2.3 初始条件与边界条件22-24
• 2.4 边界条件的近似处理24-28
• 2.4.1 第三类边界条件的近似处理24-26
• 2.4.2 表面保温层计算26-28
• 2.5 混凝土生热模型28-30
• 2.5.1 水泥水化热模型28-29
• 2.5.2 混凝土的绝热温升29-30
• 2.5.3 混凝土水化热生成率30
• 2.6 温度场有限元法的变分原理30-33
• 2.7 本章小结33-34
• 第三章 混凝土箱型梁温度场与应力场有限元分析34-43
• 3.1 引言34
• 3.2 工程概况34-35
• 3.3 有限元模型的建立35-38
• 3.3.1 2#块计算模型35-36
• 3.3.2 计算方法及参数的选择36-38
• 3.4 计算结果与分析38-42
• 3.4.1 温度的计算结果及分析38-39
• 3.4.2 温度应力的计算结果及分析39-41
• 3.4.3 常用的裂缝控制措施41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 形状记忆合金热力学性能研究43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 形状记忆合金的本构模型43-47
• 4.2.1 Tanaka模型43-45
• 4.2.2 Liang模型45-46
• 4.2.3 Brinson模型46-47
• 4.3 某SMA热力学性能及回复力的确定47-50
• 4.3.1 SMA的特征温度47-48
• 4.3.2 某NiTi-SMA的应力-应变关系48-49
• 4.3.3 某NiTi-SMA受限回复力的确定49-50
• 4.4 预应力筋在ANSYS中的实现方法50-52
• 4.4.1 钢筋混凝土的建模方法51
• 4.4.2 预应力的施加方法51-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 某智能混凝土梁桥受力性能研究54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 工程概况54-55
• 5.3 材料参数的确定55-57
• 5.3.1 预应力筋有关参数的确定55-56
• 5.3.2 混凝土有关参数的确定56-57
• 5.4 某梁桥有限元热分析及SMA回复力计算57-59
• 5.4.1 有限元建模57
• 5.4.2 有限元求解与分析57-59
• 5.5 智能混凝土梁桥受力性能有限元分析59-66
• 5.5.1 分析思路59-60
• 5.5.2 有限元建模60-61
• 5.5.3 有限元求解与分析61-66
• 5.6 SMA在混凝土梁桥中的安装工艺66-67
• 5.7 本章小结67-68
• 结论与展望68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间的研究成果74-75
• 致谢75

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本文编号：640556