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基于近场动力学的混凝土桥面铺装裂纹萌生及扩展模拟
| 论文题名： | 基于近场动力学的混凝土桥面铺装裂纹萌生及扩展模拟 |
| 关键词： | 近场动力学;桥面铺装;裂纹扩展;破坏模式;混凝土桥 |
| 摘要： | 桥梁暴露于大自然中，日晒雨淋的同时承受日渐增长的交通载荷，桥面铺装在环境和载荷耦合作用下受力状况复杂，然而在桥梁设计中桥面铺装往往不作专门计算，桥面铺装层在设计年限内出现开裂等病害现象十分普遍。究其原因，除主观上设计者将其视作附属设施未予以足够重视外，尚未深入探究和理解桥面裂纹萌生和扩展规律也是重要因素之一，因此有必要研究新型数值计算方法以实现桥面铺装结构的裂纹萌生和扩展模拟。近场动力学（Peridynamics，PD）采用位移函数的积分形式构建运动方程，相互作用力函数中自然包含材料失效和损伤，不需要额外的判断准则即可进行裂纹扩展的模拟，对于求解不连续问题具有天然优势，因此尝试将该理论应用于混凝土桥面铺装裂纹扩展过程的模拟。主要研究工作和结果如下： 1、阐述了近场动力学的基本理论和数值实现方法； 2、在近场动力学中加入混凝土本构构建了混凝土PD模型，根据PD计算体系编写了 FORTRAN计算程序；然后选取悬臂梁和简支梁两个算例，利用所构建的混凝土PD模型分析其在静力荷载和温度荷载作用下的力学性能和破坏过程，并与解析解和有限元解进行对比。对比结果表明：混凝土梁的极限开裂荷载与解析解基本一致，位移结果与有限元解吻合较好，开裂位置及破坏模式与相关文献实验结果大致相同，验证了模型的有效性和准确性； 3、建立基于PD的混凝土桥面铺装局部模型对铺装层表面裂纹扩展的主要影响因素进行了分析，模拟了含有多条初始裂纹的桥面铺装裂纹扩展过程及破坏模式。分析结果表明：随着初始裂纹长度的减小、倾角角度的增加及裂纹间距的增大，裂纹扩展临界应力值不断增大。对于多条初始裂纹共存的铺装层，裂纹扩展时多条裂纹之间相互影响、共同协调。PD能模拟多因素共同作用的裂纹扩展过程，方法准确可靠。 |
| 作者： | 刘洋 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 陈志军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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