本文關(guān)鍵詞：基于水化熱溫度效應(yīng)的智能混凝土梁橋受力性能研究

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【摘要】：預(yù)應(yīng)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(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于橋梁工程的建設(shè)中,并逐漸向大跨度、大截面方向發(fā)展,在尺寸效應(yīng)上,已邁進(jìn)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(huì)加劇橋梁結(jié)構(gòu)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(yán)重影響鋼筋力學(xué)性能,引起混凝土保護(hù)層剝落,降低結(jié)構(gòu)延性和承載力,對結(jié)構(gòu)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(dú)特的形狀記憶效應(yīng),已逐漸被應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域。當(dāng)SMA溫度升高時(shí),由于材料變形,可產(chǎn)生高達(dá)400MPa~600MPa的回復(fù)力作用。目前已有研究成功地將SMA應(yīng)用于混凝土梁橋中,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的智能控制。但在激發(fā)SMA回復(fù)力時(shí)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(shí)現(xiàn)。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(yīng)激發(fā)SMA變形,并使回復(fù)力作用于結(jié)構(gòu)以控制橋梁裂縫和撓度的發(fā)展,從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)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(jìn)行了溫度場和應(yīng)力場的理論研究和有限元分析。通過計(jì)算值與實(shí)測結(jié)果的對比分析,驗(yàn)證了ANSYS分析箱梁溫度效應(yīng)的正確性,并對箱梁溫度場應(yīng)力場的發(fā)展規(guī)律及腹板溫度裂縫的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了闡述。(2)通過對某單跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋溫度場的有限元研究,分析SMA布置點(diǎn)處的溫度情況。結(jié)合已有試驗(yàn)研究成果,計(jì)算該溫度可激發(fā)某NiTi-SMA產(chǎn)生回復(fù)力的大小,以及所需施加的預(yù)應(yīng)變值。(3)基于熱力耦合的思想對某智能混凝土梁橋進(jìn)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(jìn)行有限元分析。研究結(jié)果表明:SMA由水化熱激發(fā)的回復(fù)力對混凝土梁橋的裂縫和跨中撓度有顯著的抑制作用,結(jié)構(gòu)耐久性得到明顯改善。
【關(guān)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(fù)力
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(diǎn)及應(yīng)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(yīng)11-13
• 1.2.3 超彈性效應(yīng)13-14
• 1.2.4 智能混凝土梁橋工作原理14-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 混凝土梁橋水化熱的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.2 形狀記憶合金的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 本文的主要內(nèi)容19-20
• 第二章 箱型梁水化熱溫度效應(yīng)計(jì)算理論分析20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 熱傳導(dǎo)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(jì)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(jié)33-34
• 第三章 混凝土箱型梁溫度場與應(yīng)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(jì)算模型35-36
• 3.3.2 計(jì)算方法及參數(shù)的選擇36-38
• 3.4 計(jì)算結(jié)果與分析38-42
• 3.4.1 溫度的計(jì)算結(jié)果及分析38-39
• 3.4.2 溫度應(yīng)力的計(jì)算結(jié)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(jié)42-43
• 第四章 形狀記憶合金熱力學(xué)性能研究43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 形狀記憶合金的本構(gòu)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(xué)性能及回復(fù)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(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系48-49
• 4.3.3 某NiTi-SMA受限回復(fù)力的確定49-50
• 4.4 預(yù)應(yīng)力筋在ANSYS中的實(shí)現(xiàn)方法50-52
• 4.4.1 鋼筋混凝土的建模方法51
• 4.4.2 預(yù)應(yīng)力的施加方法51-52
• 4.5 本章小結(jié)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(shù)的確定55-57
• 5.3.1 預(yù)應(yīng)力筋有關(guān)參數(shù)的確定55-56
• 5.3.2 混凝土有關(guān)參數(shù)的確定56-57
• 5.4 某梁橋有限元熱分析及SMA回復(fù)力計(jì)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(jié)67-68
• 結(jié)論與展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果74-75
• 致謝75

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本文編號：640556