鋼筋混凝土斜拉橋壽命期內(nèi)極限承載力演化規(guī)律研究結(jié)題摘要

在嚴格遵守項目計劃的前提下，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，并完全滿足項目結(jié)題驗收要求。 1. 提出基于健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的時變有限元模型修正方法。建立與實際狀態(tài)相符的有限元模型是本項目研究的前提和基礎(chǔ)，本項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)件的性能退化試驗研究。利用靜電流加速試驗方法制作了三組不同腐蝕程度的鋼筋混凝土梁，進行靜力性能試驗和落錘試驗，研究鋼筋銹蝕導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漸進的車輛荷載，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營期內(nèi)的失效模式和極限承載力進行追蹤分析，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)計時，雖然荷載效應(yīng)考慮了設(shè)計基準期內(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，逐級漸進的施加到結(jié)構(gòu)有限元模型上，直至結(jié)構(gòu)達到其極限承載力，相應(yīng)的力學模型即為結(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。本項目在物理實驗的基礎(chǔ)上，基于巖石流變性質(zhì)，建立巖層移動的力學本構(gòu)方程，結(jié)合隨機理論，研究散體流動時空演化規(guī)律，建立散體流動時空演化仿真模型，給出下沉系數(shù)與時間影響系數(shù)定義與計算方法，在深層次上對礦巖散體的流動空間過程和時間因素進行反演研究，探求散體流動機理和時空演化仿真模型之間的內(nèi)在聯(lián)系。同時，利用大規(guī)模并行計算技術(shù)，在計算機上實現(xiàn)散體流動規(guī)律模擬，從而可以對散體流動的時空演化規(guī)律進行更深入、更廣泛的研究。本項目的研究成果將促進多維空間下散體流動規(guī)律的研究，對于研究解決采礦工程中涉及散體流動方面的工程問題也具有重要的理論與現(xiàn)實意義。

《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展的規(guī)律，同時通過CT掃描試驗研究膨脹土裂隙的三維擴展規(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，分析其微觀機理，利用分形理論和分形模型對壓汞試驗數(shù)據(jù)進行分形維數(shù)計算，利用分形維數(shù)對微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律進行研究和分析，進行膨脹土裂隙發(fā)育、滲流的綜合性室內(nèi)試驗，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制及工程效應(yīng)，以期為膨脹土邊坡災(zāi)害評估及坡面防護理論與設(shè)計提供依據(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，深入認識裂隙對膨脹土滲流特性的影響，為膨脹土邊坡變形、穩(wěn)定性評價、災(zāi)害預測提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。