混凝土索塔开裂行为的宏细观力学分析

【摘要】最近几十年，斜拉桥在我国取得了飞速的发展，其中混凝土斜拉桥占据较大比重。在外荷载、温度荷载以及混凝土收缩徐变等因素作用下，混凝土斜拉桥索塔承受着拉索传递的巨大压力，据不完全统计，全国有75%的索塔发生开裂现象，严重影响斜拉桥的寿命甚至威胁人们的生命安全，因而索塔开裂的行为引起越来越多研究人员的关注。本文引入分形损伤理论对斜拉桥高大索塔进行安全性评价，提出了基于裂缝分布状态的高大索塔安全状态评价模式。通过理论分析、模型试验与数值模拟方法，分别从宏观和细观的角度，研究了裂缝的开裂、扩展及结构破坏过程，建立了一套以分形损伤为理论支撑的用于评价索塔开裂后安全状态的新方法，研究了索塔开裂后裂缝分布分形维数与荷载等级之间的关系，为后期实桥应用提供了理论与实践指导。本文的主要研究内容和结论如下：①在研究智能移动视频扫描装置监测高大塔柱裂缝技术的基础上，针对各种滤波算法适用范围和裂缝图像特点的研究，提出中值滤波法，将进行裂纹图像的二值化与提取方法用于裂缝图像分割，并采用图像拼接技术、裂缝矢量化技术及裂缝图像模拟重现技术，实现了裂缝监测信息处理。②把三维裂缝求解问题转换为两个平面的裂缝求解问题，即等效成一个无限大板中心裂纹受到无穷远处的单向拉伸力作用和一个无限大板在单边裂缝受到拉伸荷载作用，采用双悬臂梁理论计算裂缝宽度与深度的关系，推导了裂缝深度的计算公式，为研究三维裂缝问题提供了新思路；根据裂纹分形模型建立混凝土开展裂缝的应力强度因子表达式，结合断裂力学理论，推导了应力强度因子在直线型裂纹和裂纹不规则扩展这两种假设下的关系。③根据斜拉桥索塔的特点，基于子模型技术，采用FRANC3D软件，模拟了索塔裂缝的萌生以及扩展的过程，并计算了索塔结构的应力强度因子与分形维数之间的关系、分形维数与荷载等级之间的关系；建立weibull随机概率分布与材料裂缝分布之间的关系，结合断裂损伤力学与分形理论来评价混凝土索塔表面开裂的严重程度。④建立了基于离散元的颗粒流微观数值模型，采用Fish语言编写程序，模拟混凝土材料的细观破坏过程，并选取了三种不同半径、不同数量团簇研究混凝土开裂性能，当团簇数量越多，对材料性质的提高越显著；当团簇半径越大、结构体系越稳定，则性质增强效果好。团簇材料的破损机理在于随着团簇半径的增加，基质所占比例减小，基质中更容易产生微裂纹，结构表面更容易破坏。⑤基于多尺度均匀化理论，采用有限元法建立了混凝土细观-宏观等效力学性能的多尺度模型，并以索塔表面为例建立有限元模型，对混凝土材料的宏观整体与细观局部化效应进行分析。⑥完成了索塔节段试验模型，验证了上述理论和方法的可靠性，研究了索塔开裂后裂缝分布分形维数与荷载等级之间的关系，为后期实桥应用提供了理论与试验基础。
【作者】宋军；
【导师】周建庭；
【作者基本信息】重庆交通大学，桥梁与隧道工程，2014，博士
【关键词】分形理论；细观力学；颗粒流；多尺度均匀化理论；

【参考文献】
[1]刘振鹿.基于LDA的潜在语义空间分析及Web文档聚类的研究与实现[D].东北大学,计算机软件与理论,2010,硕士.
[2]杜威,邹先霞,魏长华.一个基于数据挖掘的环境质量预测系统[J].计算机工程与设计,2003,04:88-90.
[3]阙攀.大学学术协同创新动力机制研究[D].西南大学,高等教育学,2013,硕士.
[4]袁媛.钢铁工业成品物流建模与优化[D].东北大学,系统工程,2010,硕士.
[5]万茜茜.前景化理论关照下《哈克贝利·费恩历险记》两个中译本的比较[D].西安外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[6]陈洁.西部发展循环经济的对策研究[D].西南农业大学,农业经济管理,2004,硕士.
[7]缪昌文.近岸船舶数字化监控系统研究[D].大连海事大学,交通信息工程及控制,2004,硕士.
[8]邵红梅.有限环Z_（pq）上交错矩阵的结合方案[D].河北师范大学,基础数学,2004,硕士.
[9]霍晓雯.中级商务汉语教材分析[D].山东大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[10]丁宇.纳米氧化物包覆羟基磷酸钙防锈颜料的合成与性能[D].河北大学,无机化学,2014,硕士.
[11]郑君.光敏色素调控的一个RING型锌指蛋白基因的表达和功能初探[D].山东师范大学,细胞生物学,2013,硕士.
[12]赵宇.海蒿子多糖的提取、分离纯化及结构研究[D].青岛大学,应用化学,2004,硕士.
[13]张全,朱五星.湘钢焦化工序配煤调湿技术方案的研究[J].煤炭转化.2001(01)
[14]殷晓霞.代谢工程改造解脂亚洛酵母产α-酮戊二酸[D].江南大学,发酵工程,2012,硕士.
[15]武观,胡颖,陈韦.碳纳米管和石墨烯人工肌肉[J].科学通报,2014,23:2240-2252.
[16]朱明光1,崔云前1,2,朱维岳3,王敏1.不同发酵方法生产100%大麦啤酒饮料的研究[J].现代食品科技,2014,10:.
[17]杜娟,倪得兵,唐小我.需求-汇率风险聚集、汇率风险对冲与合作的供应链运作[J].控制与决策,2014,08:1439-1446.
[18]易小明,张顶立,逄铁铮,骆建军.城市隧道上覆地层整体下沉的力学机制分析[J].岩石力学与工程学报,2009,S1:2860-2867.
[19]冯俊娥,程兆林.不确定奇异时滞系统的保性能控制[J].控制与决策,2002,S1:711-714.
[20]黄晶晶,张爱民,陈晓菊,张杭,王建华.三相电压型PWM整流器双开关表直接功率控制策略[J].电力系统自动化,2012,18:128-133.
[21]李静,周仕林,张章堂.TiO_2/石墨烯复合光催化剂的制备及其吸附与光催化降解性能[J].水资源与水工程学报,2013,03:102-104.
[22]朱剑松.成灌快速铁路社会经济效益评价研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2011,硕士.
[23]吴昱.备用信用证在中国的法律适用[D].外交学院,国际法,2004,硕士.
[24]鲍鸿,黄心汉,李锡雄.广义模糊推理与广义模糊RBF神经网络[J].控制与决策,2000,02:205-208.
[25]张杰.录音师如何确定调音台工作电平[J].中国新闻科技.2000(12)
[26]常帅.基于GridFTP协议的数据传输性能分析与研究[D].辽宁工业大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[27]王秀娟.抗凝护心Ⅱ号对急性心肌梗死后大鼠MMPS与CGRP的影响[D].黑龙江中医药大学,中西医结合临床,2004,硕士.
[28]陈晓之.不同初始弓丝在前牙深覆（牙合）治疗中对牙根吸收影响的对比研究[D].广西医科大学,口腔正畸学（专业学位）,2013,硕士.
[29]赵鹏.垂直管理部门人力资源管理研究[D].山东大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[30]黄丽萍.论李碧华小说的“另类”情爱书写[D].西南大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[31]王阳阳.我国商事信托制度研究[D].河北大学,民商法学,2014,硕士.
[32]王俊琦.鼠李糖乳杆菌fmb-9产抑菌物质的研究及其培养基优化[D].南京农业大学,食品科学,2013,硕士.
[33]高莺.《南方周末》2000-2012年性工作者媒介形象研究[D].苏州大学,新闻与传播（专业学位）,2013,硕士.
[34]黄群超.认知策略在高中学困生英语词汇学习中的运用及培养[D].华中师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[35]李韶光.论中国当代工笔花鸟画的色彩[D].山东大学,艺术设计（专业学位）,2013,硕士.
[36]闫怡轩.塞来昔布增强口腔癌KB/VCR细胞对长春新碱敏感性的初步研究[D].南方医科大学,口腔临床医学,2012,硕士.
[37]马晓洋.60GHz片上天线的研究与设计[D].杭州电子科技大学,电磁场与微波技术,2014,硕士.
[38]刘福东.大功率集成电子器件热仿真分析及液冷系统研究[D].哈尔滨工业大学,动力工程及工程热物理,2014,硕士.
[39]陈亚丽.ZnO纳米复合材料的制备及其光催化性能的研究[D].西北师范大学,物理化学,2013,硕士.
[40]车有路.基于批判性地域主义的葡萄牙当代建筑创作研究[D].大连理工大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[41]蒋缨,强海涛.数据挖掘在商业银行中的应用趋势分析[J].甘肃社会科学,2003,05:78-80.
[42]刘琳.目的论视角下的投招标文件翻译研究[D].西北大学,英语笔译（专业学位）,2014,硕士.
[43]邹键.高温炉膛内壁辐射增强技术与材料研究[D].淮北师范大学,材料物理与化学,2014,硕士.
[44]王科雷,周洲,许晓平,甘文彪.超临界翼型低雷诺数流动分析及优化设计研究[J].航空学报.
[45]贺小帆,董颖豪,李玉海,刘文珽.综合考虑载荷谱和结构特性分散的概率断裂力学方法[J].航空学报.
[46]王璐莹.外加磁场诱导Fe-B-P非晶亚微米棒的制备及磁性能[D].东北大学,材料学,2010,硕士.
[47]焦金山.基于Web的船舶数据库技术研究[D].武汉理工大学,船舶与海洋结构物设计制造,2013,硕士.
[48]熊绍文.白炭黑—末端氯硅烷化丁苯橡胶的湿法制备及其性能研究[D].北京化工大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[49]胡靓.湖南省电力建设项目融资研究[D].中南林业科技大学,企业管理,2013,硕士.
[50]王书平.组态软件若干关键技术研究[D].西安电子科技大学,电力电子与电力传动,2012,硕士.