土木工程博士論文精選(九篇)

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第1篇：土木工程博士論文范文

求學一波三折

1947年，陳政清出生在湖南省湘潭市一個銀行職員家庭，良好的家庭環境給了他良好的修養和家庭教育。1968年，品學兼優的陳政清從湘潭市一中畢業。在取消高考制度的情況下，他被下放到岳陽市錢糧湖農場當知青。從此，大部分的青春年華就將在一個陌生的農村度過，在這樣一個本該讀大學的年齡，陳政清沒有怨天尤人，而是坦然接受了命運的安排。天有不測風云，他不幸感染了血吸蟲病。1971年春天，身體強壯的陳政清徹底病倒了，但幸運的是，通過酒石酸銻鉀一個月“以毒攻毒”的治療，大病竟一天天地好了。因為這場大病，陳政清還錯過了被推薦讀工農兵大學的寶貴機會。

時間一年一年過去了，當初一起來到農場的知青已經陸陸續續回城招工了，陳政清還是在那個不通公路的偏遠小鎮上做民辦教師。直到1977年的夏天，一個好消息如同春風吹過久凍的大地，了。陳政清不想浪費機會，繼續讀書的渴望是如此強烈而明確，8年來數學民辦老師的教書生涯幫助他一舉考取了湖南大學力學系，而且數學還是全省第一名。這一年，他30歲了，是一個兩歲孩子的父親。面對遲來的求學機會，陳政清珍惜著，努力著，不知不覺7年過去了，已經獲得碩士學位的他還是忍不住對知識的渴求。在那個研究生像大熊貓一樣珍貴的年代，他沒有忙著找工作和賺錢，而是在恩師熊教授的推薦下前往西安交通大學杜慶華院士“門下”攻讀固體力學博士。在王磊教授的介紹下，陳政清認識了地基專家王貽蓀教授和許多土木工程的教授。這不但拓寬了他的知識面，更加深了他對土木工程專業與實踐背景的了解，從而有利于他認識和分析怎樣將力學原理運用到土木建筑上去。這些為陳政清多年后在力學與橋梁專業之間找到一個自己的空間奠定了良好的基礎。

也許是喪失了太多的寶貴時光，孜孜以求的陳政清對知識表現出了驚人的熱情。在獲得博士學位以后仍然渴望抓住每一個學習和深造的機會。1991年，英國政府向中國政府提供了一個專項資助項目，教育部首先在國內選拔一批“可造之材”組成一個培訓班，先在國內進行為期半年的語言培訓再進行考試。陳政清有幸進入培訓班，并且順利通過了由英方組織的雅思考試，考取了英國文化委員會獎學金來到英國。這時，英國在世界橋梁研究領域處于領先地位。自從1940年美國舊塔科馬橋在建成3個月后就毀于顫振后，英國率先做成模仿飛機機翼理論的懸索橋。陳政清來到英國GLASGOW大學專攻橋梁的抗風工程研究。他曾回憶道：“在英國留學期間，我不像別的博士那樣自由散漫，有些博士好幾天都不出現一次，而我自己每天都去研究所，很認真地做事情，事情多得做不過來，以至于有人誤會我是那個研究所的員工呢。”2002年他又飛往美國，在著名的伊利諾伊大學土木系作高級訪問學者，學習美國在橋梁抗風領域的最新成果。

專攻橋梁抗風

陳政清對研究方向的判斷也許給今天的青年們有很好的啟示。陳政清始終相信興趣是最好的老師，自己感興趣的事情才能真正做好，人生最美好的事情就是把興趣變成工作，把工作變成興趣。另外，陳政清之所以成就斐然，與他對國家發展的大環境和未來趨勢的準確判斷也是分不開的。

1987年，博士畢業后，陳政清分配到湖南鐵道學院橋梁研究室工作。我國是一個橋梁大國，早在1400多年前，我國已經建造了被譽為“國際歷史土木工程的里程碑”的趙州橋。然而，近代以來，我國橋梁建設方面已經全面落后。陳政清認定，隨著國家經濟建設如火如荼的開展，橋梁必然成為最重要的土木工程之一。特別是橋身長、跨度大的橋梁必將成為下一階段的重點。橋身變長和跨度加大，大橋就會產生一個非線性問題。

1988年到1989年，鐵道部大橋局開始設計中國第一座跨度達400米大橋――武漢長江二橋。當時該橋的設計人員只是了解到，這種大橋會有一種非線性效應，但他們當時只能用線性理論來計算，不能確定非線性效應的影響程度。

獲悉這個消息，陳政清敏銳地感覺到自己的機遇未了!因為非線性分析正好是他的博士論文的研究方向。他注意到在橋梁設計中采用的兩參數搜索法，計算十分復雜而且需要人工干涉，難于在設計中直接應用，便開始研究顫振臨界風速預測方法。他在國際上最先提出了單參數搜索的思想，創立了預測橋梁顫振失穩臨界風速的三維分析方法(簡稱MS法)，大大簡化了搜索過程，而且可實現自動搜索。國際風工程權威Seanlan 教授曾撰文對陳政清的方法作了全面肯定。找準切入口，陳政清僅用6個月的時間，就成功開發出一套懸索橋與斜拉橋的非線性分析計算理論，并依據這個理論為武漢長江二橋編成實用計算程序，為設計方計算出了全橋各部位的非線性影響因子。隨后，設計方又引進國外另一套程序核算，與陳政清的計算結果完全吻合。

這套計算方法在1993年的全國風工程會議上公開后，引起我國風工程領域的權威、同濟大學項海帆院士的極度關注。他邀請陳政清到同濟大學做專場講學，隨后又派出3個研究生前來調研學習，并引進了全套計算程序。這次成功使陳政清成為中國橋梁界橫空殺出的一匹“黑馬”。

1999年，在上述研究成果的基礎上，陳政清又開發出大跨度橋梁空間靜動力非線性分析NACS程序。這套具有完全自主知識產權的程序，解決了我國大跨度橋梁建設急需空間非線性分析程序的難題，在我國大跨度橋梁建設史上發揮了重要作用。他的這套理論先后被同濟大學、鐵道部、云南省設計院、湖南省交通設計院等多家單位采用。陳政清的名字也被更多的業內人士所熟悉。

隨著經濟的發展，我國大橋建設項目越來越多，跨度越來越大，橋梁受到的大風挑戰也越來越大。跨度大了，橋梁結構剛度就變小，風吹過就會有振動，因此在抗風性研究方面面臨更多挑戰，橋梁抗風已經成為造橋中最主要的安全問題!這需要領先的理論和方法為我國大跨度橋梁建設提供科技支撐，陳政清不敢懈怠。他在向著更尖端的技術、更高的目標去探究……

碩果累累

岳陽洞庭湖大橋是1997年開始設計的，陳政清負責大橋結構靜動力特性研究。陳政清敏銳地覺察到岳陽是風雨區，橋建成后可能會碰上“風雨振”。這種“風雨振”的特點是大風作用下雨水在拉索上形成了“上雨線”，大大增強了振動的強度，造成大雨與大風共同“搞破壞”。1940年美國塔科馬海灣跨海大橋被風刮倒

的場景，曾被電影攝影師真實地記錄下來：橋面像紙片一樣被吹起，又像油條一樣扭曲在一起，坍塌入海中。作為橋梁抗風專家，陳政清明明白白地告訴自己，決不能讓這個悲劇在洞庭湖上重演!

然而，讓陳政清始料不及的是，2001年4月10日，8級大風連續20多個小時搖撼著岳陽洞庭湖大橋，上百根碗口粗的鋼絲拉索上下大幅度地晃動，整個橋身在顫抖，靠近拉索的路燈被打碎。橫跨東洞庭湖區的洞庭湖大橋，全長5747.8米，主橋長880米，是我國第一座三塔斜拉橋。為了解決洞庭湖大橋的“風雨振”這個大難題，陳政清時而泡在實驗室，時而驅車到大橋現場考察。有一次，他甚至冒著風雨翻越欄桿去觀察情況。陳政清經過反復思考，決定用磁流變阻尼器取代油阻尼器。這種阻尼器是高級賽車的減振設備，可以極大地減輕高速行駛中的車輛振動。然而，磁流變阻尼器只能在受壓狀態下起作用，抗力的方向與大橋需要剛剛相反，怎樣才能將它用在大橋上?2001年11月，他興奮地一下坐起來，對磁流變阻尼器改造的最佳方案，就在他腦海中一瞬間閃現了。這種手電筒大小的全新設備被連在每根拉索的下端，洞庭湖大橋的“顫抖病”頓時痊愈。這項成功整治“風雨振”的成果，立即獲得世界同行的贊譽，美國權威刊物《木工程》雜志稱其為“世界上第一套應用磁流變技術的拉索減振系統”。2003年，包括陳政清這項成果在內的洞庭湖大橋的設計，獲得全國科技進步二等獎。

戰勝洞庭湖大橋“風雨振”之后，陳政清冷靜地考慮了一個問題：中國橋梁修得太快，創新不夠，技術上比較相似，包括施工方法等都沒有太多特色。在橋梁的建設中，大風很可能還會給我們提出各種意想不到的難題，要迎接更大的挑戰，就應該擁有更好的實驗手段。他四處奔波，精心設計，終于在2004年10月建成了達到國內一流水平的湖南大學風洞實驗室。這個實驗室占地約1800平方米，在國內建筑風洞中，總規模僅次于同濟大學。高速段長度第一，能提供最好的邊界層風環境。而低速段尺寸已與加拿大安大略試驗中心風洞相等，截面積與同濟3號風洞相等，還可滿足大跨度橋梁及大型建筑群的要求。而橋梁節段模型試驗臺還將引進美國的三向自由振動臺設計和國防科技大學在國內首次開發的三向強迫振動臺，將具有橋梁空氣動力學測量技術上的領先優勢。

這個實驗室可以用各種“人造狂風”沖擊大橋模型和重要部件，能為大橋設計提供準確數據。實驗室里除了風洞外，還有核電站的冷卻塔、風力發電機輸電塔、上海的一棟高層建筑和山東東平的一個體育館模型等等。因為現代化的核電站、風力發電機輸電塔以及高層建筑越來越多，如何確保他們不會因為大風的作用而發生危險已經成為一個新的研究課題。陳政清認為：今后，風工程應該逐漸從單一的橋梁方向轉向核電站的冷卻塔、風力發電機輸電塔、房屋抗風、環境中的有害氣體擴散等多個領域拓展。

如今，陳政清作為湖南大學985工程首席科學家，主持包括國家自然科學基金在內的科研課題多項，60多篇。他所提出的“雙重非線性邊界元方法”、“空間桿系結構大撓度問題內力分析的UL列式法”、“橋梁斷面顫振導數識別的強迫振動法”、“橋梁三維顫振分析的多模態單參數搜索M－S法”以及“磁流變式拉索減振系統研究”等理論和方法在國外已被SCI、EI、ISTP、Sciencedirect等收錄引用累計100多次……陳政清還擔任了許多社會職務，他是中國土木工程學會橋梁與結構學會常務理事、湖南省人大常委會委員、美國土木工程師學會(ASCE)《橋梁工程雜志》(JournalofBridgeEngineering)副主編等等。

在成果和榮譽面前，陳政清始終是平靜的。因為在他心里是國家的好政策、好的機遇給了自己的機會，每個人在時代和社會面前，都應該抱有一顆感恩的心!

名師風范

在湖南大學，陳政清帶著幾位博士和碩士，專攻抗風研究課題。已經站講臺40多個年頭的他仍然備課認真，從項目實踐中來的經驗和理論更加容易理解，他在課堂上風趣幽默，深入淺出，受到廣大研究生的追捧。他熱愛學生，熱愛講臺，多次被評為“湖南省優秀名師”等榮譽稱號。

面對榮譽，陳政清一笑而過，面對金錢，如云卷云舒。在中央電視臺對陳政清的科研成果做過報道之后，有上百個電話要求和他合作開公司，可他堅決不同意。“我的時間很緊，要用來研究新東西，研究新東西比花時間推廣我的舊東西有價值，重要的多。”為了把自己的成果轉化為生產力，為社會做貢獻，他不是自己開公司賺錢，實現所謂的“產學研一體化”，而是將專利技術無償轉讓給了廣西柳州歐維姆公司(OVM)，不僅免費讓他們生產，還主動指導和提供幫助。

第2篇：土木工程博士論文范文

到德國留學的目的很簡單，就是多學點知識，畢業后能夠有更好的就業機會。然而大家都知道，德國的學位比較難拿到，而且學制也比較長，在德國學習不是一件輕松的事。

在德國讀學位比較特殊

德國的學位比較特殊，是與國際上許多國家不接軌的。中學是十三年制，中學的畢業考叫做Abitur，申請大學也要看Abitur的成績，成績是5分制，很多比較好的專業有分數限制，比如說醫學、建筑學、心理學、法律，有的學校經濟學也是受限專業。大學的學制為8到12個學期，畢業后拿到Diplom(理工科)，或是Magist（文科）相當于美國的marster digree也就是碩士學位。而我國的教育體制是12年制，所以想留學德國，高中畢業生或是大學在學不夠兩年的學生，只能申請德國大學的預科，而不能直接申請大學入學。

預科是為外國學生準備的

所以預科是專門給外國學生準備的，讀預科首先是學習德語語言，其次是鞏固高中學過的知識，預科又分不同的方向，比如說BWL（經濟學）方向，Informatik（計算機）方向等等。一旦預科定了方向，申請大學時就不可以改了。有分數限制的專業也不是絕對不可以申請，只是有可能要等很久。比如說我申請過自由柏林大學的新聞出版專業，收到的答復是：今年本專業給外國人的名額是3個，申請人有140個，我排在第48位，我的Abitur成績評估是1，6分，本專業的要求是1，2分。這也就是說，我要想等到這個專業，至少要等上5到10個學期。當然這也要視學校而定，自由柏林大學是比較知名的大學，文科專業水平比較高，所以招收學生自然也就比較挑剔。

公立、私立大學各有所長

德國的大學有其特點，它并不像我們的高校分出明顯的三六九等，像什么重點高校，普通高校，大專，電大，職大等等。德國的大學基本上是水平平均的，有的大學歷史比較長，自然它的很多傳統專業比較強，有的學校建校時間短，但教學上卻有很多新的儀器設備可以使用，所以說他們是各有所長。

比較公認的是TU 卡爾斯魯勒，TU亞琛和TU達姆施塔特，是工科院校里面比較有實力的，特別是卡爾斯魯勒的計算機專業，在世界上也占有一席之地。海德堡和圖丙根的醫學是比較有名氣的，曼海姆的經濟學是全德國最好的，慕尼黑大學的法律也是很知名的。藝術院校里面要數慕尼黑、柏林、杜塞爾多夫、哈勒等。

如何選擇專業

如果在國內大學在學2年以上，或是在國內已經畢業的學生，則可以直接申請德國大學的專業，在學的同學原則上也是不可以改專業的，也就是說如果你還沒有畢業的話，就只能申請與你的專業相關密切的專業。而已經畢業的朋友就可以隨便更改專業，通常是沒有限制的。但是在更改專業的同時要考慮的一點是：選擇有關的專業，有很多課程是可以認證掉的，也就是有些相同的課程可以不用再學，有很多考試就不用考了，這樣就節省了時間和精力，甚至如果專業相關很多的話，可以直接越過基礎課進入專業課的階段學習，這樣拿學位就可以省去至少2年的時間。

選專業與就業關系甚密

在選擇專業的時候，還有一個重要的因素是不能不考慮的，那就是將來的就業問題。但是誰也不能保證今天的熱門專業明天是不是就會令人找到滿意的就業機會，有一句話說三十年河西三十年河東，也許現在的垃圾專業沒有人問津，過五到十年就成了最搶手的專業，就業一點也不成問題。

比如說在德國現在最看好的專業是Informatik（計算機），或是經濟工程學，大學生還沒有畢業就能找到工作，而且工資待遇也不錯。其他的專業都趨于平穩，看學生本人的成績和能力而定。在這里我要說幾個比較不好找工作的專業，這只限在德國，因為如果將來回國就業，又是另外一種情況，國內有更廣泛的前景，在這里也許全無希望的專業到國內卻正可以大展身手。比如說建筑學和土木工程學，在德國幾乎已經飽和，每年卻畢業很多學生，大多數是立即加入失業大軍，或是轉行，或是到國外謀求發展。身邊就有好幾個例子：同學的哥哥，建筑學畢業，在德國到處找不到工作，最后在英國倫敦找到一份工作，遠走英倫。我在生物實驗室打工的同事，大學學的是園藝建筑學，畢業以后找不到工作，只好又用她以前進修的生物技術助手的經驗到實驗室工作。另一個女孩學了8年的建筑，畢業以后在一家小小的公司里面畫圖，這樣的工作一個高中生進修2年就可以做到了。而我的鄰居也是學建筑學的，輟學已經有好幾年了，因為他知道畢業就等于失業，與其如此還不如就這樣泡在大學里，生活過的悠哉游哉。土木工程學也并不樂觀，我認識的一個德國女孩現在正在做她的畢業論文，她應該是比較優秀的，名牌大學畢業，6年拿下學位，在美國讀過半年，葡萄牙讀過半年，英語德語答辯、做報告，大部分考試成績在2分以上，即使如此，她說很難找工作，她說她的同學里面無論成績好壞，能力強弱，還沒有一個人到目前為止找到一份工作的。生物學也并不樂觀，我在實驗室打工，我的老板是一個博士生，他剛剛做完博士論文，結束了在這個研究所的項目，我問他接下來怎樣，他說他已經申請領失業救濟了。

難的是把專業讀到底

選擇專業還要考慮自己究竟能不能念下來。因為德國的學位真的很難拿，與其半途而廢，不如找一個相對比較好讀的專業來“進行到底”。因為考試只有兩次機會，如果兩次都沒有過的話，就只能換專業，再不過，就沒有機會再學下去了。所以有很多人已經注冊了很多個學期就是不敢去考試。我有個同學學的專業是微系統工程，課程很多，考試很難。剛入學的時候全系一個學期的同學有150人，其中不到5%外國人，到了基礎課結束時，只剩下35個人了。可見選擇專業的重要性，提早知道自己不能勝任，要知難而退，因為時間是最最重要的，尤其對于我們來說還存在著很大程度上的語言障礙。

大學的考試模式

德國大學的學制通常是這樣：4到6個學期基礎課程，然后有一個大考，叫做Vordiplom就是“碩士前”的考試，然后進入專業課程階段，通常也使4到6個學期，然后又半年的實習，寫畢業論文，Vordiplom畢業考試。考試通常有兩種形式，筆試或是口試，筆試就不用說了，我們再熟悉不過了，口試是對于我們來說比較新鮮的概念，這里我簡要的介紹一下。口試和筆試是并行的兩種考試方法，其分量并不輕于筆試，通常時間比較短，只有半個小時，主考官是教授，一般每門課有2個主考官，學生可以自己報名，然后由秘書制定考試日期，每學期中間報名，假期的最后幾周考試。考試前一個月可以沒有任何原因取消報名，考前一個星期可以憑醫生的證明推遲或是取消考試，否則不能參加考試按不及格處理。考試期間教授會提出若干個問題，被試者一一回答。考試時可以有觀眾，這樣會減輕被試者的心理壓力，也是對于觀眾的一次熱身，對于以后自己參加口試是很有幫助的。

第3篇：土木工程博士論文范文

關鍵詞：橋梁檢測方法安全 指標

Abstract: objective to explore the bridge now testing methods and means research at home and abroad at present situation and test method of bridge test, detailed comments current bridge detection means conclusion the test method of the bridge to use the safety of the bridge, is an important index of the bridge that use the results to the safety of the bridge career has crucial significance

Key words: the safety index bridge test method

中圖分類號：K928.78文獻標識碼：A 文章編號：

引言

橋梁建成通車以后，隨著時間的推移，由于種種因素會使橋梁安全度有所下降，以至影響車輛運營的安全[1]。影響橋梁安全的因素很多，諸如：原設計未達到使用要求，施工末達到設計要求，橋梁存在病害，材料老化、銹蝕而未及時養護，車輛荷載增大或交通量劇增，橋梁伸縮縫損壞或橋面不平整對橋梁結構帶來的不利影響等等。建立對這些橋梁的安全評估或剩余承載能力的鑒定方法和技術手段已經成為當務之急[2]。對這些舊橋進行科學的損傷檢測和評估，充分了解橋梁的實際狀況，既可以為經濟可靠地利用舊有橋梁提供依據，也可以避免災難性事故的發生。

1 目前國內橋梁檢測現狀

目前國內對橋梁的檢測維修主要還是通過在橋下掛吊橋、搭腳手架或橋側安裝懸吊等方式進行，由于安裝速度慢，占地面積大，嚴重影響橋面及路面交通，且作業不規范，施工安全無法保障。一些經濟條件較好的地區和一些特大型橋梁的檢測維護已開始采用價格昂貴的進口橋梁檢測車。我國對橋梁檢測車的研究起步較晚，目前尚處于研發初級階段，還沒有形成自主知識產權產品[3]。近幾年徐工集團等少數幾家公司通過進口件組裝的產品已經投入市場，但對國內市場潛在的巨大需求是遠遠不夠的。

2 橋梁結構損傷檢測方法

1、 表觀檢測方法

對橋梁進行檢查，評定橋梁設計、施工及維修加固的質量與效果。橋梁的使用效果與橋梁的設計、施工及維修加固質量密切相關。調查橋梁各部結構的營運情況，分析出現缺陷的原因，可正確評價橋梁設計與施工的質量。

應該說，表觀檢測及分析已經有了一定的技術規程可循，這部分存在的主要問題是檢測結果的管理和如何將表觀破壞與結構的狀態指標或能力聯系起來。

2、局部檢測方法

局部檢測除了采用視察法外，主要是采用各種技術儀器，如X射線[4]、超聲波、顯微鏡、聲學及光學儀器對局部結構進行有效檢測，一般說來，用于局部檢測的設備的價格昂貴，試驗數據的解釋需要專門的知識。進行局部檢測之前，需要對損傷的部位有大概的了解，檢測部位必須是人員、設備可以達到的地方。

3、 靜態檢測方法

對橋梁進行靜載試驗，量測與橋梁結構性能有關的參數。與橋梁的工作性能有關的主要參數有變形、撓度、應變、裂縫等。通過靜載試驗，可測出這些參數，從而分析得出結構的強度、剛度及抗裂性能。據此判斷橋梁的承載能力。

橋梁靜載試驗具體測定內容：(1)靜應變測量。測試結構的靜態應變量，從而推算結構截面的應力分布、桿件的實際內力與次應力，混凝土和鋼筋共同作用情況等；(2)靜位移測量。測量豎向靜態位移量(梁的撓度)、水平靜態移營(梁活動端位移及墩頂位移等)。

由實測到的應變和位移可以推算出有關的內力(如軸力和彎矩)值和撓度值等。將它們與理倫計算值進行對比，是判定橋梁結構工作狀態的一個重要指標。

4、 動態檢測方法

結構損傷的發生必然導致結構參數(剛度，阻尼和內部荷載)的改變。如果恰當地估計出這些變化，就能給結構損傷狀態的評估提供一個量化的方法。利用振動方法對橋梁進行結構損傷檢測的基礎是從橋梁振動模態的變化中能夠估計出橋梁結構參數的變化。橋梁振動模態通常可用常規的實驗模態分析測試方法得到[5]。在橋梁的不同位置布置測點，通過結構損傷發生前后由這些測點記錄的信息可提取出的橋梁振動模態特性參數的變化，以此來確定結構損傷發生的位置、大小及結構損傷類型。這是一個雄心勃勃的設想。目前比較得到認同的是結合系統識別、振動理論、振動測試技術、信號采集與分析等跨學科技術的試驗模態分析法。這種方法已經被廣泛應用于航空、航天、精密機床等領域的故障診斷、荷載識別和動力學修改等問題中，現在研究者試圖將這種方法用于土木工程結構的狀態檢測。

3發展趨勢

傳統的橋梁檢測技術主要是表觀檢測和靜力檢測，這些檢測方法都有一定的局限性。隨著科學技術的快速發展，一些技術成分高的檢測手段逐漸被引人到橋梁狀態檢測中來。例如震動檢測技術、高技術檢測儀器等。盡管表觀檢測仍然將是橋梁檢測的重要手段，但一方面表觀檢測結果的分析方法或理論需要進一步發展，另一方面逐漸引入先進的檢測技術更是橋梁管理與養護的發展趨勢。

4 結論

本文對橋梁檢測的研究進行了評述。由于橋梁檢測技術和狀態評估所涉及的問題繁多，本文并未一一論及，只是一個概述。橋梁檢測水平的提高有利于將橋梁后期的管理工作納入規范化、機械化的軌道，并可以緩解國內市場的巨大需求。

參考文獻

[1] 楊勇.王燦.朱新實.既有橋梁結構混凝上現存應力測量與分析[J].同濟大學學報．1999．22(2)：198～202.

[2] 張啟偉.橋梁結構模型修正與損傷識別（D）.同濟大學博士論文，1999．

[3] 鐵志杰編譯．2l世紀橋梁管理的無損檢測[J]．國外橋梁．1999,(4)

[4] 陳借民．徐岳.毛瑞祥．危舊拱橋加固改造全過程的動力分析[J].中國公路學報，1997．10(1)：60～64

第4篇：土木工程博士論文范文

關鍵詞： 碳纖維增強塑料，活性粉末混凝土，錨固；粘結；數值模擬

Abstract: aiming at the CFRP reinforced plastic fine fine carbon as prestressed anchor cable or pull problems, the paper with the RPC RPC as bond anchorage the adhesive of the medium type as the object, the simplified model according to the proposed, using the finite element analysis software ANSYS nonlinear spring unit in CFRP and RPC bond-sliding interaction of numerical simulation, the calculated load curve and the test curve-slip is consistent, the CFRP reinforced or lasso along the stress distribution of the anchorage paper, help better understand CFRP reinforcement and the bond-slip between RPC interactions.

Keywords: carbon fiber reinforced plastics, the RPC, anchor; Bond; Numerical simulation

中圖分類號：TU757.2文獻標識碼：A文章編號：

CFRP具有高強、輕質以及良好抗腐蝕性，而其作為預應務及拉索的實際應用中最大的困難是其錨固問題，國內外對CFRP 筋的粘結式錨固系統已進行了相當的研究,粘結介質主要有環氧砂、環氧樹脂、水泥漿或膨脹水泥漿等[1 ] ,但這些粘結介質存在強度較低、或徐變過大、或熱穩性能較差等不足。鑒于活性粉末混凝土高強度、良好的塑性、耐磨性和耐久性等特性，方志提出了采用活性粉末混凝土RPC作為粘結型錨具的粘結介質[2 ]，對CFRP筋在RPC中錨固性能的研究具有意義[3 ] .

1FRP筋粘結-滑移本構關系簡化模型

目前有許多學者提出了FRP筋粘結滑移本構模型，主要有BPE模型、改進的BPE模型、CMR模型、Malvar模型[8]以及高丹盈提出了的光滑連續性模型。這些模型都有各自的優缺點，在此基礎上，方志、蔣田勇等根據CFRP筋及拉索粘結型錨具的粘結滑移試驗結果，采用筋材表面形狀系數 以及粘結滑移曲線中的兩個關鍵點(峰值點和殘余值起點)進行分段擬合,提出了如圖1所示的粘結滑移本構模型[4]，。

圖1 粘結滑移本構模型

此模型包括上升段、下降段以及殘余水平段，除了單壓紋拔出破壞的CFRP筋不僅考慮上升段，還包括下降段和殘余水平段，其余情況均僅考慮上升段。該模型具有形式簡單，有利于在工程實際中推廣應用。粘結滑移本構方程為：

上升段：

下降段：

殘余水平段：

式中， 為平均粘結強度(MPa); 為殘余粘結應力(MPa); 為平均粘結強度對應的自由端或加載端滑移量(mm)； 為殘余粘結應力對應的自由端或加載端滑移量(mm)； 是筋材表面形狀系數，光滑筋材取為0.5，壓紋筋材取為0.7。其中， 、 、 以及 可以分別由下列計算公式得到。

對于壓紋CFRP筋普通粘結構件：

平均粘結強度 ：

殘余粘結應力 ：

平均粘結強度對應的自由端滑移量 ：

平均粘結強度對應的加載端滑移量 ：

殘余粘結應力對應的自由端滑移量 ：

殘余粘結應力對應的加載端滑移量 ：

2 數值模擬研究

根據前面得出的粘結-滑移本構關系簡化模型，本文采用有限元分析軟件ANSYS對錨固長度分別為100mm和150mm、套筒內壁傾角為0º的壓紋CFRP筋粘結型錨具進行數值模擬，與試驗結果作比較，并考察粘結型錨自由端和加載端的滑移情況；由于結構的對稱性，僅對錨具的1/4結構進行模擬研究。

2.1 鋼套筒、活性粉末混凝土以及壓紋CFRP預應力筋材料模型及單元類型

粘結型錨具結構數值模擬中鋼套筒采用雙折線隨動強化模型（BKIN），屈服時滿足Von-Mises屈服準則，當Von-Mises等效應力超過材料的屈服應力 就發生屈服；鋼材采用Solid45單元模擬；混凝土采用Solid65單元模擬。

壓紋CFRP筋采用Solid64單元模擬，縱向彈性模量為 、橫向彈性模量為 、剪切模量為 、 和 。

2.2 粘結-滑移的數值模擬

CFRP筋與RPC粘結-滑移連接單元采用非線性彈簧單元Combination39。Combination39單元具有兩個節點，只需通過定義彈簧單元的實常數F-D曲線來定義非線性彈簧的受力性質。對于單向彈簧，彈簧長度可以為零。

在CFRP筋和RPC連接界面上每一對節點之間采用由三個Combination39單元形成的三維連接單元模擬CFRP筋與RPC之間的相互作用，三個彈簧單元分別代表連接界面上沿法向、縱切向和橫切向的鋼管與混凝土相互作用，單元長度均為零，粘結-滑移本構關系由實常數F-D曲線描述。

(a)法向F-D曲線(b)橫切向、縱切向F-D曲線

圖2法向彈簧和橫切向、縱切向彈簧F-D曲線

法向：法向彈簧系數可取一大值，本文近似取活性粉末混凝土的彈性模量，F-D曲線為經過原點的折線（圖2(a)），在第三象限內取斜率很大的斜直線，在第一象限內近似為D軸，以模擬法向不抗拉的特點。

橫切向、縱切向：假定橫切向和縱切向的粘結作用近似一致，因此橫切向和縱切向的F-D曲線相同。橫切向和縱切向的相互作用表現為CFRP筋與RPC粘結滑移性能，F-D曲線根據前面建立的粘結型錨具粘結-滑移本構關系模型確定（圖2(b)），非線性彈簧單元的D即s， F的數學表達式為： ，其中， 為彈簧在連接面上所對應的面積[6]。

2.3 模型加載

構件均采用位移加載；模型中X、Y軸為CFRP筋徑向，Z軸為CFRP筋軸向；約束活性粉末混凝土（RPC）及鋼套筒加載端節點的Z向，并在棒材、RPC以及鋼套筒對稱面上分別施加X向和Y向對稱約束；將鋼套筒與RPC界面上節點X、Y、Z方向自由度耦合；在CFRP筋的加載端沿Z軸正向施加位移UZ，見圖3：

圖3有限元分析模型

2.4 數值模擬結果分析

（1）粘結型錨具試件試驗結果[5]與ANSYS程序的分析結果的比較如表1所示：

表1 試驗結果與有限元結果對比

試件編號 BA-100-0 BA-150-0

結果類型 極限荷載

(kN) 自由端滑

移量(mm) 加載端滑

移量(mm) 極限荷載

(kN) 自由端滑

移量(mm) 加載端滑

移量(mm)

試驗值 89.546 3.13 4.41 142.372 6.22 8.2

有限元值 90.556 2.98 4.58 140.305 6.15 8.74

相對誤差 1.12% 4.7% 3.8% 1.45% 1.13% 6.58%

注：

1.BA代表Bond-type Anchorage，其后第一個數字為粘結式錨具試件錨固長度，第二個數字為鋼套筒內壁傾角

2.表中滑移量均為極限荷載對應的自由端或加載端滑移量

3.表中相對誤差的計算式：|試驗值-有限元值|/試驗值

有限元計算所得的荷載―滑移曲線與試驗所得荷載滑移―曲線對比如圖7和圖8所示：

圖4BA-100-0與BA-150-0荷載―滑移曲線比較

從表1、圖4中可以看出，有限元計算結果與試驗結果誤差比較小，且有限元計算曲線與試驗曲線比較吻合，說明CFRP筋與RPC接觸界面粘結問題用此計算模型模擬是合理的。

（2）CFRP筋軸向拉應力

圖5~圖6為BA-100-0和BA-175-0錨具組裝件CFRP筋的軸向拉應力隨荷載的變化情況,CFRP筋的軸向拉應力值均是從加載端到自由端逐漸變小，隨荷載的增加，CFRP筋軸向拉應力逐漸增加，這與試件的試驗結果相同。

圖5 BA-100-0 CFRP筋軸向拉應力沿埋長分布 圖6 BA-175-0 CFRP筋軸向拉應力沿埋長分布

圖7為不同錨固長度的粘結式錨具在達到試驗中所得到的失效荷載時，CFRP筋的軸向拉應力在粘結長度內的變化情況；對于滑移破壞的粘結型錨具，錨固長度越小，在距離自由端相同的粘結范圍內的CFRP筋軸向拉應力增長越慢，且分布更加均勻；而對于拉斷破壞的粘結型錨具，錨固長度越大，在距離自由端相同的粘結長度范圍內的CFRP筋軸向拉應力增長越慢，且分布更加均勻。

圖7 錨具CFRP筋軸向拉應力-埋長曲線

4 結論

（1）采用三向非線性彈簧單元對CFRP筋與RPC的粘結-滑移相互作用進行數值模擬，荷載和滑移值的有限元結果與試驗值誤差較小，而且計算得出荷載-滑移曲線與試驗曲線吻合較好。

（2）CFRP筋的軸向拉應力值均是從加載端到自由端逐漸變小，隨荷載的增加，CFRP筋軸向拉應力逐漸增加，這與試件的試驗結果相同。

（3）對于滑移破壞的粘結型錨具，錨固長度越小，在距離自由端相同的粘結范圍內的CFRP筋軸向拉應力增長越慢，且分布更加均勻；而對于拉斷破壞的粘結型錨具，錨固長度越大，在距離自由端相同的粘結長度范圍內的CFRP筋軸向拉應力增長越慢，且分布更加均勻。

參考文獻：

[1] Mahmoud M. Reda T, and Nigel G S. New concrete anchors for carbon fiber reinforced polymer post-tensioning tendons-part1: state-of-the-art review/design [J]. ACI Structural Journal, 2003, 100(1): 86-95

[2] 方志，梁棟，蔣田勇. 不同粘結介質中CFRP筋錨固性能的試驗研究.土木工程學報，2006 , 39 (6) :74 - 78.

[3] 方志, 蔣田勇, 梁棟. CFRP筋在活性粉末混凝土中的錨固性能.湖南大學學報(自然科學版)，2007，24(7): 1-5.

[4] 蔣天勇. 碳纖維預應力筋及拉索錨固系統的試驗研究和理論分析[D]: [湖南大學博士論文]. 長沙: 湖南大學, 2008: 41-43