組合結(jié)構(gòu)橋梁抗剪連接界面細(xì)觀行為及結(jié)構(gòu)劣化研究

組合結(jié)構(gòu)橋梁鋼混交界區(qū)非連續(xù)變形特征突出、局部受力復(fù)雜，抗剪連接件周圍區(qū)域處于復(fù)合受力狀態(tài)，長期作用下容易引起損傷開裂，抗剪連接性能設(shè)置合理與否直接關(guān)系到組合結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。將粘聚區(qū)模型應(yīng)用于組合結(jié)構(gòu)橋梁抗剪連接界面的破壞模擬，建立了拉剪復(fù)合條件下抗剪連接界面的粘聚軟化本構(gòu)方程；基于位移協(xié)調(diào)和力的平衡關(guān)系，建立了鋼與混凝土間抗剪連接件的抗剪剛度計(jì)算公式和彈塑性階段三折線模型，在宏觀尺度上解決了考慮界面滑移的實(shí)際組合結(jié)構(gòu)力學(xué)行為準(zhǔn)確描述問題?；诮M合梁基本假定，提出了考慮了界面滑移的組合梁靜動(dòng)力解析方法來分析整體效應(yīng)，如動(dòng)力系數(shù)方法DCM，克服了傳統(tǒng)解析方法中常常碰到的數(shù)值穩(wěn)定問題。采用增強(qiáng)有限元法，通過位移關(guān)聯(lián)法則將結(jié)構(gòu)物理區(qū)域與位移插值網(wǎng)格相獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了對(duì)抗剪連接界面開裂破壞等過程的精細(xì)分析，建立了組合結(jié)構(gòu)橋梁宏觀特性與細(xì)觀行為、整體性能與局部效應(yīng)相關(guān)聯(lián)的多尺度分析方法，為組合橋梁的精細(xì)化設(shè)計(jì)和性能改善提供理論基礎(chǔ)。開展了組合結(jié)構(gòu)連接件的推出試驗(yàn)，分析了焊釘連接件的荷載滑移曲線、抗剪強(qiáng)度、抗剪剛度、峰值滑移、混凝土破壞區(qū)域大小隨焊釘高度和直徑的變化規(guī)律，根據(jù)CT掃描結(jié)果對(duì)抗剪連接隱蔽區(qū)域的破壞特征進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了抗剪剛度公式的基本假定及其彈塑性模型。將組合結(jié)構(gòu)部分抗剪效應(yīng)分析方法應(yīng)用于橫向分塊鋼箱梁抗剪臨時(shí)撐設(shè)計(jì)分析，解決了分塊鋼箱梁施工過程中的應(yīng)力超標(biāo)與變形不協(xié)調(diào)問題，并優(yōu)化了臨時(shí)撐的布置；基于增強(qiáng)有限元方法，準(zhǔn)確計(jì)算了6×110 m連續(xù)鋼箱梁橋在施工過程中的結(jié)構(gòu)變形，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼箱梁大節(jié)段施工的精準(zhǔn)控制；分析了5×85 m的組合連續(xù)梁橋在車輛活載作用下的撓度及鋼梁與混凝土板之間界面滑移效應(yīng)，對(duì)優(yōu)化組合橋梁結(jié)構(gòu)、提高組合橋梁耐久性具有現(xiàn)實(shí)意義。 2100433B

組合結(jié)構(gòu)橋梁鋼混交界區(qū)非連續(xù)變形特征突出、局部受力復(fù)雜，其行為特性不易被掌握，抗剪連接性能設(shè)置合理與否直接關(guān)系到組合結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。將粘聚區(qū)模型應(yīng)用于組合結(jié)構(gòu)橋梁抗剪連接界面的破壞模擬，建立拉剪復(fù)合條件下抗剪連接界面的粘聚軟化本構(gòu)方程；采用增強(qiáng)有限元法，通過位移關(guān)聯(lián)法則將結(jié)構(gòu)物理區(qū)域與位移插值網(wǎng)格相獨(dú)立，對(duì)抗剪連接界面開裂破壞等劣化過程的精細(xì)化模擬方法進(jìn)行研究?；谖灰茀f(xié)調(diào)和力的平衡關(guān)系，建立鋼與混凝土間的非線性連接剛度分析計(jì)算公式，對(duì)抗剪連接區(qū)鋼混相互作用的宏觀模擬方法進(jìn)行研究。基于Arlequin方法構(gòu)架，通過能量分配函數(shù)和耦合算子，建立組合結(jié)構(gòu)橋梁宏觀特性與細(xì)觀行為、整體性能與局部效應(yīng)相關(guān)聯(lián)的多尺度分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)組合結(jié)構(gòu)橋梁抗剪連接區(qū)復(fù)合受力條件下宏細(xì)觀行為的分析，揭示其劣化機(jī)理，為組合橋梁的精細(xì)化設(shè)計(jì)和性能改善提供理論基礎(chǔ)，以積極推動(dòng)我國組合結(jié)構(gòu)橋梁的健康發(fā)展。

鋁粉是用途廣泛的高熱值燃燒劑，被大量應(yīng)用于燃料空氣炸藥、高能炸藥等。但是高活性鋁粉表層氧化機(jī)理及其在含能體系中的反應(yīng)特征長期以來一直是困擾研究者的科學(xué)疑難。本項(xiàng)目從微觀角度入手，解析微/納米鋁粉表面氧化行為和殼-核結(jié)構(gòu)形成機(jī)理，通過對(duì)鋁粉制備工藝研究，建立鋁粉殼-核微結(jié)構(gòu)形成機(jī)制。通過物理化學(xué)的表征與分析，得到氧化膜隨鋁粉粒徑、氣氛、環(huán)境等變化的規(guī)律。通過細(xì)觀尺度的假設(shè)與建模，獲得單個(gè)鋁粒子在常溫受激狀態(tài)下、高溫高壓含氧環(huán)境中的反應(yīng)，解析鋁粒子氧化反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)歷程。從科學(xué)層面獲得鋁粉反應(yīng)的規(guī)律，得到準(zhǔn)確計(jì)算鋁粉受激反應(yīng)延滯期的理論公式。通過相圖繪制、在線檢測(cè)、燃燒診斷、材料表征等手段獲得理論模型的支撐數(shù)據(jù)。最終獲得細(xì)觀尺度殼-核結(jié)構(gòu)鋁粒子的氧化反應(yīng)規(guī)律，為含能材料設(shè)計(jì)、工藝制造、安全性能及能量釋放調(diào)控等奠定基礎(chǔ)。

《瀝青路面細(xì)觀結(jié)構(gòu)特性與衰變行為》內(nèi)容簡(jiǎn)介：瀝青路面是由集料、瀝青和空隙形成的復(fù)雜多相復(fù)合材料。瀝青路面的使用性能與其組成材料的形態(tài)、性能和組成材料之間界面特性等細(xì)觀參數(shù)密切相關(guān)?！稙r青路面細(xì)觀結(jié)構(gòu)特性與衰變行為》綜合運(yùn)用X射線CT掃描技術(shù)、數(shù)字圖像分析技術(shù)、分形理論等方法首次對(duì)集料的形態(tài)、形貌和空隙的空間分布理論進(jìn)行了系統(tǒng)研究；通過連續(xù)介質(zhì)理論和多孔固體力學(xué)相結(jié)合，分析了寧隙的力學(xué)特性。建立了多個(gè)空隙衰變模型；基于室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)字圖像分析技術(shù)和離散元法(DEM)，對(duì)瀝青混合料中空隙分布的衰變行為進(jìn)行深入探討；利用拓?fù)鋬?yōu)化方法等手段，提出了瀝青混合料細(xì)觀特征對(duì)瀝青路面宏觀性能的影響規(guī)律。

《瀝青路面細(xì)觀結(jié)構(gòu)特性與衰變行為》可供從事道路工程科研、教學(xué)和工程設(shè)計(jì)人員參考使用，也可作為相關(guān)專業(yè)研究生教材或?qū)W習(xí)參考書。

鋁粉是用途廣泛的高熱值燃燒劑，被大量應(yīng)用于燃料空氣炸藥、高能炸藥等，包括鋁與其他含能材料的混合體系（例如鋁熱劑）一直在軍事以及相應(yīng)領(lǐng)域上有著重要的應(yīng)用。但是高活性鋁粉表層氧化機(jī)理及其在含能體系中的反應(yīng)特征長期以來一直是困擾研究者的科學(xué)疑難。 由于鋁在含能材料的反應(yīng)中，反應(yīng)復(fù)雜，不確定性因素較多，因此，本研究首先從微觀角度入手，解析微/納米鋁粉表面氧化行為和殼-核結(jié)構(gòu)形成機(jī)理，對(duì)鋁粉制備工藝研究，建立了電爆法制備的粒徑為25nm-600nm的鋁粉殼-核微結(jié)構(gòu)顆粒擴(kuò)散形成機(jī)制。通過物理化學(xué)的表征與分析，得到氧化膜隨鋁粉粒徑、氣氛、環(huán)境等變化的規(guī)律，給出了微納米鋁粉氧化層厚度的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式。通過細(xì)觀尺度的假設(shè)與建模，獲得單個(gè)鋁粒子在常溫受激狀態(tài)下、高溫高壓含氧環(huán)境中的反應(yīng)，解析鋁粒子氧化反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)歷程。從科學(xué)層面獲得鋁粉反應(yīng)的規(guī)律，得到準(zhǔn)確計(jì)算鋁粉受激反應(yīng)延滯期的理論公式。通過相圖繪制、在線檢測(cè)、燃燒診斷、材料表征等手段獲得理論模型的支撐數(shù)據(jù)。最終獲得細(xì)觀尺度殼-核結(jié)構(gòu)鋁粒子的氧化反應(yīng)規(guī)律，為含能材料設(shè)計(jì)、工藝制造、安全性能及能量釋放調(diào)控等奠定基礎(chǔ)。 2100433B