材料與橋梁工程

材料與橋梁工程.txt跌倒了，爬起來(lái)再哭~~~低調(diào)！才是最牛B的炫耀！！不吃飽哪有力氣減肥啊？真不好意思，讓您賤笑了。我能抵抗一切，除了誘惑……老子不但有車，還是自行的……摘要：新材料的不斷發(fā)明和推廣，在20世紀(jì)使橋梁的結(jié)構(gòu)形式和跨度有了飛躍的發(fā)展。從20世紀(jì)橋梁成就對(duì)21世紀(jì)橋梁發(fā)展趨向的探討周一橋杜亞凡橋梁工程在20世紀(jì)中取得了顯若的成就。由于設(shè)計(jì)理論的進(jìn)步和各種新材料、新工藝的出現(xiàn)，尤其是電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，使橋梁的結(jié)構(gòu)形式和跨度有了飛躍的發(fā)展。人們?cè)跇蛄汗こ谭矫姘l(fā)現(xiàn)的規(guī)律和取得的寶貴經(jīng)驗(yàn)為21世紀(jì)的橋粱發(fā)展其定了基礎(chǔ)。本文小結(jié)了橋梁工程在20世紀(jì)中的成就，對(duì)橋粱向大跨度、柔性結(jié)構(gòu)發(fā)展的問(wèn)題以及采用復(fù)合結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝等問(wèn)題進(jìn)行了探討并循其規(guī)律預(yù)側(cè)可能發(fā)展的趨向。二、對(duì)21世紀(jì)橋梁發(fā)展趨向的探討1對(duì)橋梁繼續(xù)向柔性結(jié)構(gòu)發(fā)展的探討橋梁向更大跨度的柔性結(jié)構(gòu)發(fā)展中，首要解決的是在氣動(dòng)及行車動(dòng)力響應(yīng)下結(jié)構(gòu)的安全及穩(wěn)定間題以及在高速行車條件下的人身安全及舒適度的要求。因此必須進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)橋梁的動(dòng)力條件下的分析計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究工作。在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，如何正確地描述結(jié)構(gòu)的動(dòng)力行為以及旅客的反應(yīng)還需做大量的工作。關(guān)于如何增大特大跨度柔性橋梁的剛度間題，根據(jù)各國(guó)專家的建議，可初步歸納為以下幾點(diǎn)：將截面做成適應(yīng)空氣動(dòng)力要求的箱形、三角形、弧形或分離的如圖(a)所示的各種流線型加勁梁，使具有足夠的豎向、橫向剛度及抗扭剛度；采用具有斜索面的或如圖(b),(c)所示的以纜索為主的空間網(wǎng)狀承重體系，以加強(qiáng)各向的剛度；采用懸索+斜拉的混合型橋式，將超大的主跨分解為兩種體系，使與跨度平方成比例的懸索橋部分纜索減載；采用輕型而剛度大的復(fù)合結(jié)構(gòu)做為加勁梁，并采用自重輕、強(qiáng)度大的碳纖維材料做主纜。各國(guó)專家對(duì)已蘊(yùn)釀多年的直布羅陀海峽橋、墨西拿海峽橋、馬六甲海峽橋等均有了各種建議的方案，我國(guó)瓊州海峽橋也擬出了21世紀(jì)主跨的連續(xù)懸索橋方案。這些大橋在科技不斷進(jìn)步的21世紀(jì)中必將逐一變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。近期我國(guó)已在進(jìn)行高速鐵路的建設(shè)，其中必將在長(zhǎng)江上修建可通過(guò)高速列車的特大跨度橋梁。這是我國(guó)在21世紀(jì)中首要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。2工程材料的發(fā)展必將使橋梁工程有重大的進(jìn)步在工程材料上，首先是鋼材的發(fā)展。我國(guó)還須進(jìn)一步開(kāi)展低含碳量和含其他合金元素、經(jīng)過(guò)微合金化和晶粒細(xì)化處理的超高強(qiáng)度鋼材的研究和生產(chǎn)，這種超高強(qiáng)度鋼材應(yīng)具有優(yōu)異的焊接性能。在20世紀(jì)我國(guó)已建成了采用可焊性良好的14MnNbq及15MnVNq鋼及栓焊整體節(jié)點(diǎn)組成的大型橋梁，但尚需進(jìn)一步發(fā)展，向超高強(qiáng)度鋼及全焊鋼梁結(jié)構(gòu)發(fā)展?；焓谕猎?1世紀(jì)中仍是橋梁最主要的建筑材料。在改善混凝土性能方面，重點(diǎn)在使其耐久性達(dá)到良好的指標(biāo)。這主要是改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，摻人高效減水劑及活性礦物摻合料，使孔隙率大幅度降低來(lái)提高燕耐久性。特別是以水泥為基料的含有超細(xì)微粒的硅灰及纖維增強(qiáng)材料最有發(fā)展前途。目前實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)度已達(dá)到200MPa，其特點(diǎn)及遠(yuǎn)景為：使橋梁自重減少1/3-1/2，與鋼結(jié)構(gòu)的重量相似；耐久性、抗凍性加強(qiáng)，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命，減少維修工作量；具有很高的彎曲應(yīng)力(20-25MPa)，這樣可以免去表面分布鋼筋及部分力筋的設(shè)置，混凝土工程將大為簡(jiǎn)化。在鋼管混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)方面，我國(guó)現(xiàn)有的水平尚需進(jìn)一步提高，例如：在鋼管混凝土內(nèi)填充含有超細(xì)微粒的硅灰及纖維增強(qiáng)混凝土后，承壓力可能達(dá)到350MPa，這將使桿件更為纖細(xì)化。在鋼管混凝土構(gòu)件中引人預(yù)應(yīng)力，可擴(kuò)大受拉構(gòu)件的使用范圍；在鐵路橋梁中采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)的疲夯成為突出的問(wèn)題。在這方面.海洋石油平臺(tái)多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是值得借鑒的。隨著航空工業(yè)及原子能工業(yè)的發(fā)展，人們?cè)?0世紀(jì)中已經(jīng)研制出了各種類型的纖維增強(qiáng)塑料(FRP)。它們具有自重輕、強(qiáng)度高等優(yōu)異性能，必將成為橋梁今后主要采用的材料。如采用FRP的模拔型材已在試用，更有發(fā)展前途的是用纖維增強(qiáng)塑料(FRP)來(lái)制成力筋及纜索材料。如瑞士的米勒(Meier)教授認(rèn)為，主跨為8400m的直布羅陀海峽橋方案中，由于鋼索的自重過(guò)大，只有采用碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)才有可能完成。在設(shè)計(jì)理論及施工工藝上必將進(jìn)一步結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)向大型化、空間化發(fā)展后產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和施工的可能性的問(wèn)題。這兩者的統(tǒng)一是完美地律精重大工程的關(guān)鍵。20世紀(jì)中若干重大橋梁的設(shè)計(jì)及施工手段的結(jié)合，使人們對(duì)如何完成優(yōu)良的工程有了新的看法。例如.在20世紀(jì)末葉建成的丹麥大帶海峽(GreatBelt)橋、加拿大的諾森伯蘭海峽(NorthumberlandStrait)橋和丹麥、瑞典間的菲阿桑橋(Feresund)的設(shè)計(jì)及施工中如何正確地選取橋梁上下部結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)的施工手段是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。由于上述橋梁在設(shè)計(jì)中選用了整體預(yù)制的大型棍凝土構(gòu)件及相應(yīng)的特大型浮吊，使工程得以在高質(zhì)量、高度機(jī)械化、高速度及低成本的條件下順利完成。這種設(shè)計(jì)理論和施工手段將在21世紀(jì)中必將得到更大的發(fā)展和更多的應(yīng)用。我國(guó)橋梁的設(shè)計(jì)及施工分離的狀況宜按此經(jīng)驗(yàn)改變，這將促使橋梁事業(yè)的良性發(fā)展的進(jìn)程。迄今為止，世界上在橋梁基礎(chǔ)工程上尚無(wú)深于100m的深水基礎(chǔ)工程實(shí)踐。而在石油工業(yè)上，水深400m的石油鉆井平臺(tái)早已實(shí)現(xiàn)。所以，借鑒海洋石油工業(yè)中鋼結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)兩種類型的海上采油平臺(tái)及貯油庫(kù)的修建經(jīng)驗(yàn)，對(duì)加速橋梁深水基礎(chǔ)及設(shè)置沉井基礎(chǔ)(PlacingFoundation)的發(fā)展是十分必要的。4.21世紀(jì)中必將十分重視橋梁美學(xué)及環(huán)境保護(hù)橋梁工程是大自然中具有魅力的空間建筑物。古代橋梁建筑與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)和諧、相互輝映的例子甚多。20世紀(jì)中特大型橋梁及城市中的橋梁多成為景觀效果上的關(guān)鍵建筑物。我國(guó)在20世紀(jì)50年代時(shí)提出的〃適用、安全和適當(dāng)照顧適美觀〃的原則已發(fā)展到〃安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀〃并重的原則。世界上在加世紀(jì)中有許多橋梁的造型十分震撼人心，其影響是深遠(yuǎn)的。如30年代的美國(guó)的舊金山橋以及西班牙賽維利亞(Seville)市無(wú)背索的單跨斜拉橋-阿拉米羅橋(Alarnillo);瑞士的剛性拉板斜拉橋-甘特橋(Ganter);又如我國(guó)香港地區(qū)采用4索面的汀九斜拉橋，等等，使人類認(rèn)識(shí)到橋梁建筑藝術(shù)造型的價(jià)值及藝術(shù)與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一。因此，21世紀(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)必將更加重視建筑與藝術(shù)造型并重，必將注重環(huán)境保護(hù)與環(huán)境協(xié)調(diào)，進(jìn)而使我們的生活環(huán)境更加美好。《橋梁工程領(lǐng)域中的新材料新技術(shù)》(第102期)作者：管理員添加時(shí)間：2010-5-1420:22:49瀏覽次數(shù)：33主講人：趙唯堅(jiān)教授主講題目：橋梁工程領(lǐng)域中的新材料新技術(shù)講座時(shí)間：2010年3月19日15：30講座地點(diǎn)：乙1-201主講人簡(jiǎn)介：趙唯堅(jiān)，男，1958年10月出生。1982年于同濟(jì)大學(xué)獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位。1987年在沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院晉升為講師并獲得沈陽(yáng)市高校優(yōu)秀青年教師。1988年由國(guó)家教委公派出國(guó)到日本長(zhǎng)崗技術(shù)科學(xué)大學(xué)作訪問(wèn)學(xué)者。1991年獲得日本文部省資助再次渡日攻讀碩博。1996年在日本長(zhǎng)崗技術(shù)科學(xué)大學(xué)獲工學(xué)博士學(xué)位。之后進(jìn)入日本最大建筑集團(tuán)公司大成建設(shè)株式會(huì)社從事研究開(kāi)發(fā)工作至今?，F(xiàn)任主任研究員。日本國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，一級(jí)注冊(cè)綜合技術(shù)監(jiān)理工程師（工程系列中地位最高的國(guó)家職稱）。日本土木學(xué)會(huì)認(rèn)定上級(jí)工程師。土木學(xué)會(huì)會(huì)員、日本混凝土學(xué)會(huì)會(huì)員。在學(xué)會(huì)任多種研究委員會(huì)的委員，「混凝土工學(xué)」雜志編委，土木學(xué)會(huì)論文的特約審稿人。現(xiàn)任土木學(xué)會(huì)組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范編制委員會(huì)委員。主講內(nèi)容：通過(guò)趙唯堅(jiān)教授的介紹我們了解到使自由振動(dòng)衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，我們稱之為阻尼。而安置在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上的“特殊”構(gòu)件可以提供運(yùn)動(dòng)的阻力，耗減運(yùn)動(dòng)能量的裝置，我們稱為阻尼器。從二十世紀(jì)七十年代后，人們開(kāi)始逐步地把這些利用阻尼來(lái)吸能減震的技術(shù)轉(zhuǎn)用到建筑、橋梁、鐵路等結(jié)構(gòu)工程中，其發(fā)展十分迅速。特別是有五十多年歷史的液壓粘滯阻尼器，在美國(guó)被結(jié)構(gòu)工程界接受以前，經(jīng)歷了一個(gè)大量實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格審查，反復(fù)論證，特別是地震考驗(yàn)的漫長(zhǎng)過(guò)程趙教授說(shuō)城市規(guī)劃一直是對(duì)全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在城市規(guī)劃的各個(gè)方面，并帶來(lái)切實(shí)且可觀的利益。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在道路橋梁應(yīng)用現(xiàn)狀在高速公路與橋梁建設(shè)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了應(yīng)用。由于道路橋梁需要同時(shí)處理大量的三維模型與紋理數(shù)據(jù)，導(dǎo)致這種形勢(shì)需要很高的計(jì)算機(jī)性能作為后臺(tái)支持，但隨著近些年來(lái)計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的提高，一些原有的技術(shù)瓶頸得到了解決，使虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用達(dá)到了前所未有的發(fā)展。在我國(guó)，許多學(xué)院和機(jī)構(gòu)也一直在從事這方面的研究與應(yīng)用。三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件，可廣泛的應(yīng)用于橋梁道路設(shè)計(jì)等行業(yè)。該軟件適用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、高度可視化、所見(jiàn)即所得，他的出現(xiàn)將給正在發(fā)展的VR產(chǎn)業(yè)提示入新的活力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在道路橋梁方面的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高速公路和橋梁建設(shè)方面有著非常廣闊的應(yīng)用前景，可由后臺(tái)置入穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，便于受眾對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的查詢，周邊再輔以多種媒體信息，如工程背景介紹，標(biāo)段概況，技術(shù)數(shù)據(jù),截面等，電子地圖,聲音、圖像、動(dòng)畫，并與核心的虛擬技術(shù)產(chǎn)生交互，從而實(shí)現(xiàn)演示場(chǎng)景中的導(dǎo)航、定位與背景信息介紹等諸多實(shí)用、便捷的功能。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束是橋梁工程中的新材料，它是由單根或多根高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線或鋼筋，沿全長(zhǎng)涂抹防腐蝕油脂并用聚乙烯熱塑套管包裹而成。無(wú)粘結(jié)束像普通鋼筋一樣敷設(shè)，然后澆注混凝土，待混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，進(jìn)行張拉和錨固，它省去了預(yù)埋套管、穿索和壓將工藝，節(jié)省了施工設(shè)備，簡(jiǎn)化了施工工藝，縮短了工期，降低了造價(jià)。因而在歐美、日本等國(guó)得到廣泛應(yīng)用。從90年代開(kāi)始，無(wú)粘結(jié)束技術(shù)已在我國(guó)的中心跨徑橋梁中應(yīng)用，目前最大跨度已達(dá)到20m。但是無(wú)粘結(jié)束預(yù)應(yīng)力橋梁不宜作更大跨度，且計(jì)算比較復(fù)雜。日本開(kāi)發(fā)的后期粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼材新技術(shù)，有著廣闊的應(yīng)用前景。后期粘結(jié)PC鋼材是PC鋼材上涂抹硬化的黃油狀的常溫硬化型樹(shù)脂，以套管包裹。這種常溫硬化型樹(shù)脂，通過(guò)控制環(huán)氧樹(shù)脂硬化促進(jìn)劑的添加量，可以自由確定硬化時(shí)期。這種樹(shù)脂是硬化時(shí)，與無(wú)粘結(jié)鋼材一樣，具有與黃油狀同等的粘度，張拉后，PC鋼材與套管之間充填的環(huán)氧樹(shù)脂自然硬化，介于套管間的PC鋼材同混凝土粘結(jié)起來(lái)。由于耐水性、耐藥性，特別是耐酸性都很好，套管是很難破壞的，高溫下也比較穩(wěn)定，而耐氣候性有一定程度降低。根據(jù)用途不同，套管的形狀可以做成與無(wú)粘結(jié)PC鋼材同樣的形狀，如圓形。為提高與混凝土的握裹力，也可以做成凹凸形。后期粘結(jié)PC鋼材特點(diǎn)：1、 施工容易只需將后期粘結(jié)鋼材置于所定的配筋位置，進(jìn)行混凝土澆注，達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后進(jìn)行張拉、錨固。這樣鋼材的穿入、壓漿作業(yè)都不需要了。2、 PC鋼材同混凝土能形成一體PC鋼材上涂抹樹(shù)脂，硬化后同PC鋼材緊密粘結(jié)由于套管的形狀，取得了與混凝土粘結(jié)好的性能。還由于這種樹(shù)脂在一定時(shí)間內(nèi)自然硬化，而且不需要特別處理（如加熱等）因此，沒(méi)有任何危險(xiǎn)。3、 耐腐蝕性好在整個(gè)PC鋼材上涂抹了防腐蝕性能優(yōu)良的樹(shù)脂，其上還有套管包，有這樣兩重防腐構(gòu)造，因而耐腐性是很好的。4、使用性能好由于套管直徑小，即使很薄的翼緣板也能使用，使配筋設(shè)計(jì)更容易進(jìn)行。又由于摩擦系數(shù)小，也能節(jié)約鋼材的使用量。后期粘結(jié)PC鋼材新技術(shù)的關(guān)鍵之處是樹(shù)脂可在常溫下硬化，而硬化是通過(guò)促進(jìn)劑的添加量來(lái)進(jìn)行控制的。因此，研制這種促進(jìn)劑，就能取得這項(xiàng)科技成果趙教授還說(shuō)粘貼鋼板法是公路混凝土橋梁常用的加固方法，一般是采用環(huán)氧樹(shù)脂或?qū)ｉT結(jié)構(gòu)膠將鋼板直接粘貼在混凝土構(gòu)件表面，使之與構(gòu)件形成受力整體。土木工程中的新技術(shù)往往來(lái)自新材料的應(yīng)用。自上世紀(jì)七十年代末初期，歐洲進(jìn)行纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）在土木工程應(yīng)用研究以來(lái)，具有極好的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)秀耐腐蝕性的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)的粘貼加固工程，形成了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固已有混凝土橋梁的新技術(shù)，其中碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）應(yīng)用更多。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外關(guān)于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固的工程研究，介紹這一新技術(shù)的材料特性、施工方法和技術(shù)措施。一、 材料的基本特性碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固所采用的基本材料是高強(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹(shù)脂浸漬固化的碳纖維布，統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹(shù)脂或浸漬樹(shù)脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位表面，樹(shù)脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復(fù)合體，共同工作。1、 碳纖維片材。片材碳纖維材料的拉伸強(qiáng)度在（2400?3400）MPa之間，與普通碳素鋼板拉伸強(qiáng)度為240MPa相比，片材的拉伸強(qiáng)度很高。片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學(xué)性能不同，碳纖維片材依力學(xué)性能分成高模量、高強(qiáng)度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長(zhǎng)率較低。相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說(shuō)明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，本身不會(huì)受酸堿鹽及各類化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。2、 配套樹(shù)脂類粘結(jié)材料?；炷两Y(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)配套樹(shù)脂系統(tǒng)包括底層涂料，用于滲透過(guò)混凝土表面，促進(jìn)粘結(jié)并形成長(zhǎng)期持久界面的基礎(chǔ)；油灰，用于填充整個(gè)表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹(shù)脂或粘結(jié)樹(shù)脂，前者用于碳纖維布粘貼，后用于碳纖維板粘貼。浸漬樹(shù)脂或粘貼樹(shù)脂是將碳纖