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原文传递碳纳米管水泥基复合材料在桥梁支座监测中的应用

论文题名：	碳纳米管水泥基复合材料在桥梁支座监测中的应用
关键词：	桥梁支座;碳纳米管水泥基复合材料;压敏性能;数值模拟;受力分析;监测装置
摘要：	桥梁支座所处的位置较为特殊，作为桥梁传递上下部结构荷载的关键部件，长期受到荷载的作用容易产生荷载疲劳效应，暴露在外界环境之中也会对支座的耐久性产生不利影响，影响支座使用寿命。为了保证桥梁结构能够稳定地服役，对桥梁支座的受力状态进行监测并对可能出现的危急情况及时做出预警就显得十分必要。　　碳纳米管水泥基复合材料是一种具有良好压敏性的智能材料，通过在水泥基中加入具有良好力学性能、电学性能、热学以及化学稳定性能的碳纳米管（CNT）材料制成。其优点在于方便施工，较其他光学、电学传感器成本低，对环境的适应性强以及与混凝土材料具有良好的相容性。本文主要围绕桥梁支座受力状态的分析、制备CNT水泥基复合材料、CNT水泥基复合材料传感器在不同荷载作用下的压力-电阻率曲线以及监测装置的设计四个方面的内容分别进行了相关的研究。　　（1）对板式橡胶支座以及垫石进行受力分析，确定施加荷载大小，利用ABAQUS有限元分析软件对板式橡胶支座以及垫石进行模拟，得出其在不同竖向荷载作用下以及施加水平荷载推力时产生的变形和应力分布情况，模拟结果如下：在支座受到均匀竖向荷载时，垫石中受到的应力值分布较为均匀，主要集中在支座对应位置；在不均匀竖向荷载作用下时，受压较大的一侧支座产生明显的不均匀变形，垫石中也存在应力分布不均匀的现象，受到不均匀荷载作用一侧应力值相同并明显高于另外一侧；受到竖向以及水平剪切作用时，支座的水平向变形较为明显，竖向也产生了微小的变形，垫石受力情况与不均匀荷载作用下时相同，可以通过监测垫石所受荷载值来反映支座在竖向荷载作用下的受力状态。支座在剪切状态下会产生变形，也可以通过监测这种变形来判断支座的水平向受力状态，为支座监测装置设计思路提供依据。　　（2）根据相关文献确定CNT的掺量，并对CNT进行改性处理以解决其在水泥基体中的分散问题。为了方便电极片的埋置，决定采用自密实混凝土来制作CNT水泥基复合材料传感器，按照计算得到的配合比制作试件，对试件进行抗压性能试验，得出改性碳纳米管的掺入对自密实混凝土的抗压强度有一定的提升，相比于普通C50自密实混凝土其抗压强度提升7.5%。改性碳纳米管的掺入使自密实混凝土承载能力有所提高，能够满足支座处对结构强度的要求。对试件进行压敏性能试验：在单调循环荷载作用下，压力-电阻率呈线性关系，表现出良好的可恢复性、可重复性，证明碳纳米管水泥基复合材料用作支座监测装置的传感器具有一定的可行性。　　（3）设计一种支座监测装置，利用CNT水泥基良好的压敏性能监测支座受力状态，判断支座在安装过程中受力合理性、在使用过程中是否承受较大荷载而造成支座发生破坏，给出支座破坏时对应的电阻率，标定支座正常工作状态下的电阻率范围。
作者：	陈广
专业：	建筑与土木工程
导师：	孙敏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	苏州科技大学
学位年度：	2021