鋼筋混凝土斜拉橋壽命期內(nèi)極限承載力演化規(guī)律研究

在嚴(yán)格遵守項(xiàng)目計(jì)劃的前提下，課題組針對斜拉橋結(jié)構(gòu)在服役過程中，因環(huán)境侵蝕、疲勞積累效應(yīng)和超載車輛的作用，其受力構(gòu)件出現(xiàn)損傷，抗力不斷退化的問題，通過數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法開展了系統(tǒng)、深入的研究。目前，已圓滿完成了各項(xiàng)既定研究內(nèi)容，取得了系列創(chuàng)造性研究成果，并完全滿足項(xiàng)目結(jié)題驗(yàn)收要求。 1. 提出基于健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的時(shí)變有限元模型修正方法。建立與實(shí)際狀態(tài)相符的有限元模型是本項(xiàng)目研究的前提和基礎(chǔ)，本項(xiàng)目在有限元模型的建立和修正過程中，不僅考慮了斜拉橋結(jié)構(gòu)在運(yùn)營過程中性能退化以及結(jié)構(gòu)體系的變化，而且考慮了不同類型的修正參數(shù)對結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力性能的敏感性的不同。 2. 銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的性能退化試驗(yàn)研究。利用靜電流加速試驗(yàn)方法制作了三組不同腐蝕程度的鋼筋混凝土梁，進(jìn)行靜力性能試驗(yàn)和落錘試驗(yàn)，研究鋼筋銹蝕導(dǎo)致鋼筋混凝土梁的靜力性能及抗沖擊性能退化的規(guī)律。 3. 建立基于損傷演化的斜拉橋極限承載力分析方法。首先，利用結(jié)構(gòu)的檢測/監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立于實(shí)際結(jié)構(gòu)狀態(tài)相符的有限元模型，并分析構(gòu)件的耐久性損傷，在此基礎(chǔ)上計(jì)算考慮抗力退化的構(gòu)件的極限承載力；然后，在有限元模型上施加逐級(jí)漸進(jìn)的車輛荷載，分析各構(gòu)件的內(nèi)力狀態(tài)；最后，將荷載效應(yīng)超過抗力的主梁截面設(shè)置為塑性鉸，改變結(jié)構(gòu)體系，繼續(xù)施加車輛荷載，直至結(jié)構(gòu)承受的車輛荷載達(dá)到最大值，對應(yīng)的變結(jié)構(gòu)體系和車輛荷載分別為主梁整體失效模式和極限承載力。采用上述研究方法，對我國北方某座干線斜拉橋在運(yùn)營期內(nèi)的失效模式和極限承載力進(jìn)行追蹤分析，研究該橋在服役期內(nèi)的失效模式和極限承載力的演化規(guī)律。 2100433B

目前橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，雖然荷載效應(yīng)考慮了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)以某一概率出現(xiàn)的極值，但并未考慮橋梁結(jié)構(gòu)的抗力退化現(xiàn)象。而斜拉橋在服役過程中，因環(huán)境侵蝕、疲勞積累效應(yīng)和超載車輛的作用，其受力構(gòu)件不可避免地出現(xiàn)損傷，抗力不斷退化。本項(xiàng)目針對我國橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，尤其是在健康監(jiān)測系統(tǒng)大量應(yīng)用后，研究基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測/檢測的斜拉橋壽命期內(nèi)失效模式及整體極限承載力的分析方法。具體包括：1）研究基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測/檢測的有限元模型靜動(dòng)力混合修正方法，獲取結(jié)構(gòu)在分析狀態(tài)下的精確有限元模型；2）研究基于時(shí)變有限元模型及結(jié)構(gòu)抗力退化規(guī)律的斜拉橋整體失效模式及其極限承載力的逐步推覆分析方法，即根據(jù)監(jiān)測的荷載模型或規(guī)范所規(guī)定的荷載模型，逐級(jí)漸進(jìn)的施加到結(jié)構(gòu)有限元模型上，直至結(jié)構(gòu)達(dá)到其極限承載力，相應(yīng)的力學(xué)模型即為結(jié)構(gòu)的失效模式。3）將上述方法應(yīng)用于我國北方一座干線斜拉橋，分析其壽命期內(nèi)整體失效模式及極限承載力的演化規(guī)律

在采礦工程中，礦巖散體流動(dòng)的規(guī)律和仿真方法是礦業(yè)理論研究領(lǐng)域的重要研究方向。本項(xiàng)目在物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于巖石流變性質(zhì)，建立巖層移動(dòng)的力學(xué)本構(gòu)方程，結(jié)合隨機(jī)理論，研究散體流動(dòng)時(shí)空演化規(guī)律，建立散體流動(dòng)時(shí)空演化仿真模型，給出下沉系數(shù)與時(shí)間影響系數(shù)定義與計(jì)算方法，在深層次上對礦巖散體的流動(dòng)空間過程和時(shí)間因素進(jìn)行反演研究，探求散體流動(dòng)機(jī)理和時(shí)空演化仿真模型之間的內(nèi)在聯(lián)系。同時(shí)，利用大規(guī)模并行計(jì)算技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)散體流動(dòng)規(guī)律模擬，從而可以對散體流動(dòng)的時(shí)空演化規(guī)律進(jìn)行更深入、更廣泛的研究。本項(xiàng)目的研究成果將促進(jìn)多維空間下散體流動(dòng)規(guī)律的研究，對于研究解決采礦工程中涉及散體流動(dòng)方面的工程問題也具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

《膨脹土裂隙演化三維分布特征及微觀結(jié)構(gòu)分形規(guī)律研究》以膨脹土邊坡開裂變形和失穩(wěn)為背景，以南陽膨脹土為研究對象，通過數(shù)碼攝影結(jié)合數(shù)字圖像處理方法研究膨脹土平面裂隙擴(kuò)展的規(guī)律，同時(shí)通過CT掃描試驗(yàn)研究膨脹土裂隙的三維擴(kuò)展規(guī)律，采用油滲的方法間接定量分析膨脹土內(nèi)部裂隙的擴(kuò)展規(guī)律，并采用壓汞法（MIP）和掃描電子顯微鏡分析法（SEM）相結(jié)合的方法研究南陽膨脹土脫濕干燥后微結(jié)構(gòu)變化，分析其微觀機(jī)理，利用分形理論和分形模型對壓汞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分形維數(shù)計(jì)算，利用分形維數(shù)對微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律進(jìn)行研究和分析，進(jìn)行膨脹土裂隙發(fā)育、滲流的綜合性室內(nèi)試驗(yàn)，深入研究裂隙膨脹土的滲透特性，揭示膨脹土裂隙性的作用機(jī)制及工程效應(yīng)，以期為膨脹土邊坡災(zāi)害評(píng)估及坡面防護(hù)理論與設(shè)計(jì)提供依據(jù)或參考，借鑒多孔介質(zhì)滲流的雙重孔隙模型建立考慮裂隙作用的膨脹土滲流模型及其參數(shù)確定方法，深入認(rèn)識(shí)裂隙對膨脹土滲流特性的影響，為膨脹土邊坡變形、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、災(zāi)害預(yù)測提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。