碳纤维混凝土智能桥梁控制方法

论文摘要

随着新技术、新材料的发展,现代桥梁工程的发展趋势必将是智能化结构控制。本文分析研究了碳纤维混凝土的功能特性。期望通过有效利用碳纤维混凝土的导电性、电热效应等机敏特性,探索出一种新型“碳纤维混凝土智能桥梁的控制”。为此,本文做了以下相关研究。（1）分析整理了目前国内外大量有关碳纤维混凝土的研究资料,综述了其独特的机敏特性。并分析得出了碳纤维混凝土适用于智能化桥梁结构的基本特征—导电性、电热效应。（2）分析比较了国内外规范中温度梯度模型及其产生相应的温度应力的差别。结合我国《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）提出了符合本研究实际情况的合理温度模型,并分析了其计算原理。（3）提出了碳纤维混凝土智能桥梁的基本原理,并分析确定了适用于本文研究理论的ANSYS有限元模型实体。（4）通过ANSYS有限元的三维实体热传导单元Solid70对梁的有效模拟,得出了较精确的结构温度场模型,并用其转化为有效温度荷载使之加载于三维实体单元Solid45上,得出了结构内部各处的应力分布。结合理论计算结果与ANSYS有限元模型计算结果比较。模型模拟效果准确,并且得到碳纤维混凝土梁（超静定）在建立了合理的有利温度场下,结构承载能力提升效果明显的结论。利用有利温度应力提升结构承载能力的新思想将使之应用于连续梁等超静定结构上开辟桥梁工程发展的新思路。这也为当前桥梁发展结构智能化提出了新的课题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 智能材料及智能控制系统概述
• 1.2 智能混凝土和智能结构的研究现状
• 1.2.1 智能混凝土的研究现状
• 1.2.2 智能结构的研究现状
• 1.3 桥梁结构智能化控制研究状况
• 1.4 本课题来源、背景.及研究意义
• 第2章 碳纤维混凝土的性能
• 2.1 导电混凝土的导电机理
• 2.2 碳纤维的性能
• 2.3 碳纤维在混凝土中的作用
• 2.4 碳纤维混凝土的特性
• 2.4.1 碳纤维混凝土的力学性能
• 2.4.2 碳纤维混凝土的机敏性
• 2.4.2.1 碳纤维混凝土的压敏性
• 2.4.2.2 碳纤维混凝土的温敏性
• 2.4.2.3 碳纤维混凝土的力电效应
• 2.4.2.4 碳纤维混凝土的导电性和导热性
• 2.5 本章小结
• 第3章 碳纤维混凝土热传导和温度梯度理论
• 3.1 热力学基本理论
• 3.1.1 热力学第一定律和能量方程式
• 3.1.2 基本边界条件
• 3.2 碳纤维混凝土梁（叠层梁）的电热效应
• 3.3 规范中温度梯度模式的分析
• 3.3.1 英国BS5400
• 3.3.2 美国荷载规范（1994版）
• 3.3.3 新西兰桥规
• 3.3.4 我国《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
• 3.3.5 工程实例
• 3.4 本章小结
• 第4章 碳纤维混凝土智能桥梁的基本原理及有限元模拟
• 4.1 碳纤维混凝土智能桥梁的基本原理
• 4.1.1 连续梁温度应力计算
• s'>4.1.1.2 连续梁的温度自应力σ_s
• s'>4.1.1.3 超静定结构中的温度次内力及其次应力σ_s
• 4.2 碳纤维混凝土智能桥梁有限元模拟
• 4.2.1 通用有限元软件实体建模分析
• 4.2.2 连续梁温度应力的有限元解法
• 4.2.3 结构温度场的有限元实体单元
• 4.2.4 结构温度内力的有限元实体单元
• 4.3 本章小结
• 第5章 算例分析
• 5.1 工程概况
• 5.2 有限元模型计算
• 5.2.1 有限元前处理
• 5.2.2 模型温度计算及分析（Solid70）
• 5.2.3 温度应力计算及分析（Solid45）
• 5.2.4 不同温度变化下温度应力的效果比较
• 5.3 梁跨中截面底部应力计算
• 5.4 结果分析
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 申请国家专利
• 攻读硕士学位期间参与研究的课题