本文關鍵詞：基于水化熱溫度效應的智能混凝土梁橋受力性能研究

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【摘要】：預應力鋼筋混凝土梁橋由于其整體性好、跨度大、重量較輕、造型美觀等特點,已被廣泛應用于橋梁工程的建設中,并逐漸向大跨度、大截面方向發(fā)展,在尺寸效應上,已邁進大體積混凝土范疇。已有研究資料表明,環(huán)境條件、超載等因素都會加劇橋梁結構撓度和裂縫的發(fā)展,使鋼筋暴露于外界環(huán)境中,從而加劇鋼筋的銹蝕。眾所周知,鋼筋銹蝕嚴重影響鋼筋力學性能,引起混凝土保護層剝落,降低結構延性和承載力,對結構的安全性及使用壽命造成威脅。尤其對于海洋環(huán)境下的橋梁,受潮濕空氣和氯離子的影響,裂縫的防治早已成為橋梁工程的重中之重。形狀記憶合金(SMA)由于其獨特的形狀記憶效應,已逐漸被應用于土木工程領域。當SMA溫度升高時,由于材料變形,可產生高達400MPa~600MPa的回復力作用。目前已有研究成功地將SMA應用于混凝土梁橋中,實現了結構的智能控制。但在激發(fā)SMA回復力時往往采用通電方式對其加熱,由于施工條件的限制,該方法難以在工程中實現。本文將SMA絞線布置于梁橋底板處,利用混凝土水化熱的溫度效應激發(fā)SMA變形,并使回復力作用于結構以控制橋梁裂縫和撓度的發(fā)展,從而達到提高結構耐久性和安全性的效果。概括起來,本文的主要研究工作如下:(1)針對某混凝土箱型梁,進行了溫度場和應力場的理論研究和有限元分析。通過計算值與實測結果的對比分析,驗證了ANSYS分析箱梁溫度效應的正確性,并對箱梁溫度場應力場的發(fā)展規(guī)律及腹板溫度裂縫的產生機理進行了闡述。(2)通過對某單跨預應力混凝土空心板梁橋溫度場的有限元研究,分析SMA布置點處的溫度情況。結合已有試驗研究成果,計算該溫度可激發(fā)某NiTi-SMA產生回復力的大小,以及所需施加的預應變值。(3)基于熱力耦合的思想對某智能混凝土梁橋進行受力性能研究。分別對SMA絞線布置前后的承載能力和車輛荷載作用下的裂縫和撓度變化進行有限元分析。研究結果表明:SMA由水化熱激發(fā)的回復力對混凝土梁橋的裂縫和跨中撓度有顯著的抑制作用,結構耐久性得到明顯改善。
【關鍵詞】：混凝土箱梁橋 有限元分析 混凝土裂縫 形狀記憶合金 回復力
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U441
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 形狀記憶合金特點及應用10-15
• 1.2.1 形狀記憶合金的相變10-11
• 1.2.2 形狀記憶效應11-13
• 1.2.3 超彈性效應13-14
• 1.2.4 智能混凝土梁橋工作原理14-15
• 1.3 國內外研究現狀15-19
• 1.3.1 混凝土梁橋水化熱的研究現狀15-17
• 1.3.2 形狀記憶合金的研究現狀17-19
• 1.4 本文的主要內容19-20
• 第二章 箱型梁水化熱溫度效應計算理論分析20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 熱傳導方程20-22
• 2.3 初始條件與邊界條件22-24
• 2.4 邊界條件的近似處理24-28
• 2.4.1 第三類邊界條件的近似處理24-26
• 2.4.2 表面保溫層計算26-28
• 2.5 混凝土生熱模型28-30
• 2.5.1 水泥水化熱模型28-29
• 2.5.2 混凝土的絕熱溫升29-30
• 2.5.3 混凝土水化熱生成率30
• 2.6 溫度場有限元法的變分原理30-33
• 2.7 本章小結33-34
• 第三章 混凝土箱型梁溫度場與應力場有限元分析34-43
• 3.1 引言34
• 3.2 工程概況34-35
• 3.3 有限元模型的建立35-38
• 3.3.1 2#塊計算模型35-36
• 3.3.2 計算方法及參數的選擇36-38
• 3.4 計算結果與分析38-42
• 3.4.1 溫度的計算結果及分析38-39
• 3.4.2 溫度應力的計算結果及分析39-41
• 3.4.3 常用的裂縫控制措施41-42
• 3.5 本章小結42-43
• 第四章 形狀記憶合金熱力學性能研究43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 形狀記憶合金的本構模型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熱力學性能及回復力的確定47-50
• 4.3.1 SMA的特征溫度47-48
• 4.3.2 某NiTi-SMA的應力-應變關系48-49
• 4.3.3 某NiTi-SMA受限回復力的確定49-50
• 4.4 預應力筋在ANSYS中的實現方法50-52
• 4.4.1 鋼筋混凝土的建模方法51
• 4.4.2 預應力的施加方法51-52
• 4.5 本章小結52-54
• 第五章 某智能混凝土梁橋受力性能研究54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 工程概況54-55
• 5.3 材料參數的確定55-57
• 5.3.1 預應力筋有關參數的確定55-56
• 5.3.2 混凝土有關參數的確定56-57
• 5.4 某梁橋有限元熱分析及SMA回復力計算57-59
• 5.4.1 有限元建模57
• 5.4.2 有限元求解與分析57-59
• 5.5 智能混凝土梁橋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 有限元求解與分析61-66
• 5.6 SMA在混凝土梁橋中的安裝工藝66-67
• 5.7 本章小結67-68
• 結論與展望68-70
• 參考文獻70-74
• 攻讀碩士學位期間的研究成果74-75
• 致謝75

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本文編號：640556