混凝土索塔開裂行為的宏細(xì)觀力學(xué)分析.pdf

1、最近幾十年，斜拉橋在我國取得了飛速的發(fā)展，其中混凝土斜拉橋占據(jù)較大比重。在外荷載、溫度荷載以及混凝土收縮徐變等因素作用下，混凝土斜拉橋索塔承受著拉索傳遞的巨大壓力，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國有75％的索塔發(fā)生開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響斜拉橋的壽命甚至威脅人們的生命安全，因而索塔開裂的行為引起越來越多研究人員的關(guān)注。本文引入分形損傷理論對(duì)斜拉橋高大索塔進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，提出了基于裂縫分布狀態(tài)的高大索塔安全狀態(tài)評(píng)價(jià)模式。通過理論分析、模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬方法，

2、分別從宏觀和細(xì)觀的角度，研究了裂縫的開裂、擴(kuò)展及結(jié)構(gòu)破壞過程，建立了一套以分形損傷為理論支撐的用于評(píng)價(jià)索塔開裂后安全狀態(tài)的新方法，研究了索塔開裂后裂縫分布分形維數(shù)與荷載等級(jí)之間的關(guān)系，為后期實(shí)橋應(yīng)用提供了理論與實(shí)踐指導(dǎo)。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　?、僭谘芯恐悄芤苿?dòng)視頻掃描裝置監(jiān)測(cè)高大塔柱裂縫技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)各種濾波算法適用范圍和裂縫圖像特點(diǎn)的研究，提出中值濾波法，將進(jìn)行裂紋圖像的二值化與提取方法用于裂縫圖像分割，并采用圖

3、像拼接技術(shù)、裂縫矢量化技術(shù)及裂縫圖像模擬重現(xiàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了裂縫監(jiān)測(cè)信息處理。
　?、诎讶S裂縫求解問題轉(zhuǎn)換為兩個(gè)平面的裂縫求解問題，即等效成一個(gè)無限大板中心裂紋受到無窮遠(yuǎn)處的單向拉伸力作用和一個(gè)無限大板在單邊裂縫受到拉伸荷載作用，采用雙懸臂梁理論計(jì)算裂縫寬度與深度的關(guān)系，推導(dǎo)了裂縫深度的計(jì)算公式，為研究三維裂縫問題提供了新思路;根據(jù)裂紋分形模型建立混凝土開展裂縫的應(yīng)力強(qiáng)度因子表達(dá)式，結(jié)合斷裂力學(xué)理論，推導(dǎo)了應(yīng)力強(qiáng)度因子在直線型裂紋和

4、裂紋不規(guī)則擴(kuò)展這兩種假設(shè)下的關(guān)系。
　?、鄹鶕?jù)斜拉橋索塔的特點(diǎn)，基于子模型技術(shù)，采用FRANC3D軟件，模擬了索塔裂縫的萌生以及擴(kuò)展的過程，并計(jì)算了索塔結(jié)構(gòu)的應(yīng)力強(qiáng)度因子與分形維數(shù)之間的關(guān)系、分形維數(shù)與荷載等級(jí)之間的關(guān)系;建立weibull隨機(jī)概率分布與材料裂縫分布之間的關(guān)系，結(jié)合斷裂損傷力學(xué)與分形理論來評(píng)價(jià)混凝土索塔表面開裂的嚴(yán)重程度。
　　④建立了基于離散元的顆粒流微觀數(shù)值模型，采用Fish語言編寫程序，模擬混凝土材料的

5、細(xì)觀破壞過程，并選取了三種不同半徑、不同數(shù)量團(tuán)簇研究混凝土開裂性能，當(dāng)團(tuán)簇?cái)?shù)量越多，對(duì)材料性質(zhì)的提高越顯著;當(dāng)團(tuán)簇半徑越大、結(jié)構(gòu)體系越穩(wěn)定，則性質(zhì)增強(qiáng)效果好。團(tuán)簇材料的破損機(jī)理在于隨著團(tuán)簇半徑的增加，基質(zhì)所占比例減小，基質(zhì)中更容易產(chǎn)生微裂紋，結(jié)構(gòu)表面更容易破壞。
　?、莼诙喑叨染鶆蚧碚摚捎糜邢拊ń⒘嘶炷良?xì)觀-宏觀等效力學(xué)性能的多尺度模型，并以索塔表面為例建立有限元模型，對(duì)混凝土材料的宏觀整體與細(xì)觀局部化效應(yīng)進(jìn)行分析。<