土木工程博士论文精选(九篇)

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第1篇：土木工程博士论文范文

求学一波三折

1947年，陈政清出生在湖南省湘潭市一个银行职员家庭，良好的家庭环境给了他良好的修养和家庭教育。1968年，品学兼优的陈政清从湘潭市一中毕业。在取消高考制度的情况下，他被下放到岳阳市钱粮湖农场当知青。从此，大部分的青春年华就将在一个陌生的农村度过，在这样一个本该读大学的年龄，陈政清没有怨天尤人，而是坦然接受了命运的安排。天有不测风云，他不幸感染了血吸虫病。1971年春天，身体强壮的陈政清彻底病倒了，但幸运的是，通过酒石酸锑钾一个月“以毒攻毒”的治疗，大病竟一天天地好了。因为这场大病，陈政清还错过了被推荐读工农兵大学的宝贵机会。

时间一年一年过去了，当初一起来到农场的知青已经陆陆续续回城招工了，陈政清还是在那个不通公路的偏远小镇上做民办教师。直到1977年的夏天，一个好消息如同春风吹过久冻的大地，了。陈政清不想浪费机会，继续读书的渴望是如此强烈而明确，8年来数学民办老师的教书生涯帮助他一举考取了湖南大学力学系，而且数学还是全省第一名。这一年，他30岁了，是一个两岁孩子的父亲。面对迟来的求学机会，陈政清珍惜着，努力着，不知不觉7年过去了，已经获得硕士学位的他还是忍不住对知识的渴求。在那个研究生像大熊猫一样珍贵的年代，他没有忙着找工作和赚钱，而是在恩师熊教授的推荐下前往西安交通大学杜庆华院士“门下”攻读固体力学博士。在王磊教授的介绍下，陈政清认识了地基专家王贻荪教授和许多土木工程的教授。这不但拓宽了他的知识面，更加深了他对土木工程专业与实践背景的了解，从而有利于他认识和分析怎样将力学原理运用到土木建筑上去。这些为陈政清多年后在力学与桥梁专业之间找到一个自己的空间奠定了良好的基础。

也许是丧失了太多的宝贵时光，孜孜以求的陈政清对知识表现出了惊人的热情。在获得博士学位以后仍然渴望抓住每一个学习和深造的机会。1991年，英国政府向中国政府提供了一个专项资助项目，教育部首先在国内选拔一批“可造之材”组成一个培训班，先在国内进行为期半年的语言培训再进行考试。陈政清有幸进入培训班，并且顺利通过了由英方组织的雅思考试，考取了英国文化委员会奖学金来到英国。这时，英国在世界桥梁研究领域处于领先地位。自从1940年美国旧塔科马桥在建成3个月后就毁于颤振后，英国率先做成模仿飞机机翼理论的悬索桥。陈政清来到英国GLASGOW大学专攻桥梁的抗风工程研究。他曾回忆道：“在英国留学期间，我不像别的博士那样自由散漫，有些博士好几天都不出现一次，而我自己每天都去研究所，很认真地做事情，事情多得做不过来，以至于有人误会我是那个研究所的员工呢。”2002年他又飞往美国，在著名的伊利诺伊大学土木系作高级访问学者，学习美国在桥梁抗风领域的最新成果。

专攻桥梁抗风

陈政清对研究方向的判断也许给今天的青年们有很好的启示。陈政清始终相信兴趣是最好的老师，自己感兴趣的事情才能真正做好，人生最美好的事情就是把兴趣变成工作，把工作变成兴趣。另外，陈政清之所以成就斐然，与他对国家发展的大环境和未来趋势的准确判断也是分不开的。

1987年，博士毕业后，陈政清分配到湖南铁道学院桥梁研究室工作。我国是一个桥梁大国，早在1400多年前，我国已经建造了被誉为“国际历史土木工程的里程碑”的赵州桥。然而，近代以来，我国桥梁建设方面已经全面落后。陈政清认定，随着国家经济建设如火如荼的开展，桥梁必然成为最重要的土木工程之一。特别是桥身长、跨度大的桥梁必将成为下一阶段的重点。桥身变长和跨度加大，大桥就会产生一个非线性问题。

1988年到1989年，铁道部大桥局开始设计中国第一座跨度达400米大桥――武汉长江二桥。当时该桥的设计人员只是了解到，这种大桥会有一种非线性效应，但他们当时只能用线性理论来计算，不能确定非线性效应的影响程度。

获悉这个消息，陈政清敏锐地感觉到自己的机遇未了!因为非线性分析正好是他的博士论文的研究方向。他注意到在桥梁设计中采用的两参数搜索法，计算十分复杂而且需要人工干涉，难于在设计中直接应用，便开始研究颤振临界风速预测方法。他在国际上最先提出了单参数搜索的思想，创立了预测桥梁颤振失稳临界风速的三维分析方法(简称MS法)，大大简化了搜索过程，而且可实现自动搜索。国际风工程权威Seanlan 教授曾撰文对陈政清的方法作了全面肯定。找准切入口，陈政清仅用6个月的时间，就成功开发出一套悬索桥与斜拉桥的非线性分析计算理论，并依据这个理论为武汉长江二桥编成实用计算程序，为设计方计算出了全桥各部位的非线性影响因子。随后，设计方又引进国外另一套程序核算，与陈政清的计算结果完全吻合。

这套计算方法在1993年的全国风工程会议上公开后，引起我国风工程领域的权威、同济大学项海帆院士的极度关注。他邀请陈政清到同济大学做专场讲学，随后又派出3个研究生前来调研学习，并引进了全套计算程序。这次成功使陈政清成为中国桥梁界横空杀出的一匹“黑马”。

1999年，在上述研究成果的基础上，陈政清又开发出大跨度桥梁空间静动力非线性分析NACS程序。这套具有完全自主知识产权的程序，解决了我国大跨度桥梁建设急需空间非线性分析程序的难题，在我国大跨度桥梁建设史上发挥了重要作用。他的这套理论先后被同济大学、铁道部、云南省设计院、湖南省交通设计院等多家单位采用。陈政清的名字也被更多的业内人士所熟悉。

随着经济的发展，我国大桥建设项目越来越多，跨度越来越大，桥梁受到的大风挑战也越来越大。跨度大了，桥梁结构刚度就变小，风吹过就会有振动，因此在抗风性研究方面面临更多挑战，桥梁抗风已经成为造桥中最主要的安全问题!这需要领先的理论和方法为我国大跨度桥梁建设提供科技支撑，陈政清不敢懈怠。他在向着更尖端的技术、更高的目标去探究……

硕果累累

岳阳洞庭湖大桥是1997年开始设计的，陈政清负责大桥结构静动力特性研究。陈政清敏锐地觉察到岳阳是风雨区，桥建成后可能会碰上“风雨振”。这种“风雨振”的特点是大风作用下雨水在拉索上形成了“上雨线”，大大增强了振动的强度，造成大雨与大风共同“搞破坏”。1940年美国塔科马海湾跨海大桥被风刮倒

的场景，曾被电影摄影师真实地记录下来：桥面像纸片一样被吹起，又像油条一样扭曲在一起，坍塌入海中。作为桥梁抗风专家，陈政清明明白白地告诉自己，决不能让这个悲剧在洞庭湖上重演!

然而，让陈政清始料不及的是，2001年4月10日，8级大风连续20多个小时摇撼着岳阳洞庭湖大桥，上百根碗口粗的钢丝拉索上下大幅度地晃动，整个桥身在颤抖，靠近拉索的路灯被打碎。横跨东洞庭湖区的洞庭湖大桥，全长5747.8米，主桥长880米，是我国第一座三塔斜拉桥。为了解决洞庭湖大桥的“风雨振”这个大难题，陈政清时而泡在实验室，时而驱车到大桥现场考察。有一次，他甚至冒着风雨翻越栏杆去观察情况。陈政清经过反复思考，决定用磁流变阻尼器取代油阻尼器。这种阻尼器是高级赛车的减振设备，可以极大地减轻高速行驶中的车辆振动。然而，磁流变阻尼器只能在受压状态下起作用，抗力的方向与大桥需要刚刚相反，怎样才能将它用在大桥上?2001年11月，他兴奋地一下坐起来，对磁流变阻尼器改造的最佳方案，就在他脑海中一瞬间闪现了。这种手电筒大小的全新设备被连在每根拉索的下端，洞庭湖大桥的“颤抖病”顿时痊愈。这项成功整治“风雨振”的成果，立即获得世界同行的赞誉，美国权威刊物《木工程》杂志称其为“世界上第一套应用磁流变技术的拉索减振系统”。2003年，包括陈政清这项成果在内的洞庭湖大桥的设计，获得全国科技进步二等奖。

战胜洞庭湖大桥“风雨振”之后，陈政清冷静地考虑了一个问题：中国桥梁修得太快，创新不够，技术上比较相似，包括施工方法等都没有太多特色。在桥梁的建设中，大风很可能还会给我们提出各种意想不到的难题，要迎接更大的挑战，就应该拥有更好的实验手段。他四处奔波，精心设计，终于在2004年10月建成了达到国内一流水平的湖南大学风洞实验室。这个实验室占地约1800平方米，在国内建筑风洞中，总规模仅次于同济大学。高速段长度第一，能提供最好的边界层风环境。而低速段尺寸已与加拿大安大略试验中心风洞相等，截面积与同济3号风洞相等，还可满足大跨度桥梁及大型建筑群的要求。而桥梁节段模型试验台还将引进美国的三向自由振动台设计和国防科技大学在国内首次开发的三向强迫振动台，将具有桥梁空气动力学测量技术上的领先优势。

这个实验室可以用各种“人造狂风”冲击大桥模型和重要部件，能为大桥设计提供准确数据。实验室里除了风洞外，还有核电站的冷却塔、风力发电机输电塔、上海的一栋高层建筑和山东东平的一个体育馆模型等等。因为现代化的核电站、风力发电机输电塔以及高层建筑越来越多，如何确保他们不会因为大风的作用而发生危险已经成为一个新的研究课题。陈政清认为：今后，风工程应该逐渐从单一的桥梁方向转向核电站的冷却塔、风力发电机输电塔、房屋抗风、环境中的有害气体扩散等多个领域拓展。

如今，陈政清作为湖南大学985工程首席科学家，主持包括国家自然科学基金在内的科研课题多项，60多篇。他所提出的“双重非线性边界元方法”、“空间杆系结构大挠度问题内力分析的UL列式法”、“桥梁断面颤振导数识别的强迫振动法”、“桥梁三维颤振分析的多模态单参数搜索M－S法”以及“磁流变式拉索减振系统研究”等理论和方法在国外已被SCI、EI、ISTP、Sciencedirect等收录引用累计100多次……陈政清还担任了许多社会职务，他是中国土木工程学会桥梁与结构学会常务理事、湖南省人大常委会委员、美国土木工程师学会(ASCE)《桥梁工程杂志》(JournalofBridgeEngineering)副主编等等。

在成果和荣誉面前，陈政清始终是平静的。因为在他心里是国家的好政策、好的机遇给了自己的机会，每个人在时代和社会面前，都应该抱有一颗感恩的心!

名师风范

在湖南大学，陈政清带着几位博士和硕士，专攻抗风研究课题。已经站讲台40多个年头的他仍然备课认真，从项目实践中来的经验和理论更加容易理解，他在课堂上风趣幽默，深入浅出，受到广大研究生的追捧。他热爱学生，热爱讲台，多次被评为“湖南省优秀名师”等荣誉称号。

面对荣誉，陈政清一笑而过，面对金钱，如云卷云舒。在中央电视台对陈政清的科研成果做过报道之后，有上百个电话要求和他合作开公司，可他坚决不同意。“我的时间很紧，要用来研究新东西，研究新东西比花时间推广我的旧东西有价值，重要的多。”为了把自己的成果转化为生产力，为社会做贡献，他不是自己开公司赚钱，实现所谓的“产学研一体化”，而是将专利技术无偿转让给了广西柳州欧维姆公司(OVM)，不仅免费让他们生产，还主动指导和提供帮助。

第2篇：土木工程博士论文范文

到德国留学的目的很简单，就是多学点知识，毕业后能够有更好的就业机会。然而大家都知道，德国的学位比较难拿到，而且学制也比较长，在德国学习不是一件轻松的事。

在德国读学位比较特殊

德国的学位比较特殊，是与国际上许多国家不接轨的。中学是十三年制，中学的毕业考叫做Abitur，申请大学也要看Abitur的成绩，成绩是5分制，很多比较好的专业有分数限制，比如说医学、建筑学、心理学、法律，有的学校经济学也是受限专业。大学的学制为8到12个学期，毕业后拿到Diplom(理工科)，或是Magist（文科）相当于美国的marster digree也就是硕士学位。而我国的教育体制是12年制，所以想留学德国，高中毕业生或是大学在学不够两年的学生，只能申请德国大学的预科，而不能直接申请大学入学。

预科是为外国学生准备的

所以预科是专门给外国学生准备的，读预科首先是学习德语语言，其次是巩固高中学过的知识，预科又分不同的方向，比如说BWL（经济学）方向，Informatik（计算机）方向等等。一旦预科定了方向，申请大学时就不可以改了。有分数限制的专业也不是绝对不可以申请，只是有可能要等很久。比如说我申请过自由柏林大学的新闻出版专业，收到的答复是：今年本专业给外国人的名额是3个，申请人有140个，我排在第48位，我的Abitur成绩评估是1，6分，本专业的要求是1，2分。这也就是说，我要想等到这个专业，至少要等上5到10个学期。当然这也要视学校而定，自由柏林大学是比较知名的大学，文科专业水平比较高，所以招收学生自然也就比较挑剔。

公立、私立大学各有所长

德国的大学有其特点，它并不像我们的高校分出明显的三六九等，像什么重点高校，普通高校，大专，电大，职大等等。德国的大学基本上是水平平均的，有的大学历史比较长，自然它的很多传统专业比较强，有的学校建校时间短，但教学上却有很多新的仪器设备可以使用，所以说他们是各有所长。

比较公认的是TU 卡尔斯鲁勒，TU亚琛和TU达姆施塔特，是工科院校里面比较有实力的，特别是卡尔斯鲁勒的计算机专业，在世界上也占有一席之地。海德堡和图丙根的医学是比较有名气的，曼海姆的经济学是全德国最好的，慕尼黑大学的法律也是很知名的。艺术院校里面要数慕尼黑、柏林、杜塞尔多夫、哈勒等。

如何选择专业

如果在国内大学在学2年以上，或是在国内已经毕业的学生，则可以直接申请德国大学的专业，在学的同学原则上也是不可以改专业的，也就是说如果你还没有毕业的话，就只能申请与你的专业相关密切的专业。而已经毕业的朋友就可以随便更改专业，通常是没有限制的。但是在更改专业的同时要考虑的一点是：选择有关的专业，有很多课程是可以认证掉的，也就是有些相同的课程可以不用再学，有很多考试就不用考了，这样就节省了时间和精力，甚至如果专业相关很多的话，可以直接越过基础课进入专业课的阶段学习，这样拿学位就可以省去至少2年的时间。

选专业与就业关系甚密

在选择专业的时候，还有一个重要的因素是不能不考虑的，那就是将来的就业问题。但是谁也不能保证今天的热门专业明天是不是就会令人找到满意的就业机会，有一句话说三十年河西三十年河东，也许现在的垃圾专业没有人问津，过五到十年就成了最抢手的专业，就业一点也不成问题。

比如说在德国现在最看好的专业是Informatik（计算机），或是经济工程学，大学生还没有毕业就能找到工作，而且工资待遇也不错。其他的专业都趋于平稳，看学生本人的成绩和能力而定。在这里我要说几个比较不好找工作的专业，这只限在德国，因为如果将来回国就业，又是另外一种情况，国内有更广泛的前景，在这里也许全无希望的专业到国内却正可以大展身手。比如说建筑学和土木工程学，在德国几乎已经饱和，每年却毕业很多学生，大多数是立即加入失业大军，或是转行，或是到国外谋求发展。身边就有好几个例子：同学的哥哥，建筑学毕业，在德国到处找不到工作，最后在英国伦敦找到一份工作，远走英伦。我在生物实验室打工的同事，大学学的是园艺建筑学，毕业以后找不到工作，只好又用她以前进修的生物技术助手的经验到实验室工作。另一个女孩学了8年的建筑，毕业以后在一家小小的公司里面画图，这样的工作一个高中生进修2年就可以做到了。而我的邻居也是学建筑学的，辍学已经有好几年了，因为他知道毕业就等于失业，与其如此还不如就这样泡在大学里，生活过的悠哉游哉。土木工程学也并不乐观，我认识的一个德国女孩现在正在做她的毕业论文，她应该是比较优秀的，名牌大学毕业，6年拿下学位，在美国读过半年，葡萄牙读过半年，英语德语答辩、做报告，大部分考试成绩在2分以上，即使如此，她说很难找工作，她说她的同学里面无论成绩好坏，能力强弱，还没有一个人到目前为止找到一份工作的。生物学也并不乐观，我在实验室打工，我的老板是一个博士生，他刚刚做完博士论文，结束了在这个研究所的项目，我问他接下来怎样，他说他已经申请领失业救济了。

难的是把专业读到底

选择专业还要考虑自己究竟能不能念下来。因为德国的学位真的很难拿，与其半途而废，不如找一个相对比较好读的专业来“进行到底”。因为考试只有两次机会，如果两次都没有过的话，就只能换专业，再不过，就没有机会再学下去了。所以有很多人已经注册了很多个学期就是不敢去考试。我有个同学学的专业是微系统工程，课程很多，考试很难。刚入学的时候全系一个学期的同学有150人，其中不到5%外国人，到了基础课结束时，只剩下35个人了。可见选择专业的重要性，提早知道自己不能胜任，要知难而退，因为时间是最最重要的，尤其对于我们来说还存在着很大程度上的语言障碍。

大学的考试模式

德国大学的学制通常是这样：4到6个学期基础课程，然后有一个大考，叫做Vordiplom就是“硕士前”的考试，然后进入专业课程阶段，通常也使4到6个学期，然后又半年的实习，写毕业论文，Vordiplom毕业考试。考试通常有两种形式，笔试或是口试，笔试就不用说了，我们再熟悉不过了，口试是对于我们来说比较新鲜的概念，这里我简要的介绍一下。口试和笔试是并行的两种考试方法，其分量并不轻于笔试，通常时间比较短，只有半个小时，主考官是教授，一般每门课有2个主考官，学生可以自己报名，然后由秘书制定考试日期，每学期中间报名，假期的最后几周考试。考试前一个月可以没有任何原因取消报名，考前一个星期可以凭医生的证明推迟或是取消考试，否则不能参加考试按不及格处理。考试期间教授会提出若干个问题，被试者一一回答。考试时可以有观众，这样会减轻被试者的心理压力，也是对于观众的一次热身，对于以后自己参加口试是很有帮助的。

第3篇：土木工程博士论文范文

关键词：桥梁检测方法安全 指标

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

中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：

引言

桥梁建成通车以后，随着时间的推移，由于种种因素会使桥梁安全度有所下降，以至影响车辆运营的安全[1]。影响桥梁安全的因素很多，诸如：原设计未达到使用要求，施工末达到设计要求，桥梁存在病害，材料老化、锈蚀而未及时养护，车辆荷载增大或交通量剧增，桥梁伸缩缝损坏或桥面不平整对桥梁结构带来的不利影响等等。建立对这些桥梁的安全评估或剩余承载能力的鉴定方法和技术手段已经成为当务之急[2]。对这些旧桥进行科学的损伤检测和评估，充分了解桥梁的实际状况，既可以为经济可靠地利用旧有桥梁提供依据，也可以避免灾难性事故的发生。

1 目前国内桥梁检测现状

目前国内对桥梁的检测维修主要还是通过在桥下挂吊桥、搭脚手架或桥侧安装悬吊等方式进行，由于安装速度慢，占地面积大，严重影响桥面及路面交通，且作业不规范，施工安全无法保障。一些经济条件较好的地区和一些特大型桥梁的检测维护已开始采用价格昂贵的进口桥梁检测车。我国对桥梁检测车的研究起步较晚，目前尚处于研发初级阶段，还没有形成自主知识产权产品[3]。近几年徐工集团等少数几家公司通过进口件组装的产品已经投入市场，但对国内市场潜在的巨大需求是远远不够的。

2 桥梁结构损伤检测方法

1、 表观检测方法

对桥梁进行检查，评定桥梁设计、施工及维修加固的质量与效果。桥梁的使用效果与桥梁的设计、施工及维修加固质量密切相关。调查桥梁各部结构的营运情况，分析出现缺陷的原因，可正确评价桥梁设计与施工的质量。

应该说，表观检测及分析已经有了一定的技术规程可循，这部分存在的主要问题是检测结果的管理和如何将表观破坏与结构的状态指标或能力联系起来。

2、局部检测方法

局部检测除了采用视察法外，主要是采用各种技术仪器，如X射线[4]、超声波、显微镜、声学及光学仪器对局部结构进行有效检测，一般说来，用于局部检测的设备的价格昂贵，试验数据的解释需要专门的知识。进行局部检测之前，需要对损伤的部位有大概的了解，检测部位必须是人员、设备可以达到的地方。

3、 静态检测方法

对桥梁进行静载试验，量测与桥梁结构性能有关的参数。与桥梁的工作性能有关的主要参数有变形、挠度、应变、裂缝等。通过静载试验，可测出这些参数，从而分析得出结构的强度、刚度及抗裂性能。据此判断桥梁的承载能力。

桥梁静载试验具体测定内容：(1)静应变测量。测试结构的静态应变量，从而推算结构截面的应力分布、杆件的实际内力与次应力，混凝土和钢筋共同作用情况等；(2)静位移测量。测量竖向静态位移量(梁的挠度)、水平静态移营(梁活动端位移及墩顶位移等)。

由实测到的应变和位移可以推算出有关的内力(如轴力和弯矩)值和挠度值等。将它们与理伦计算值进行对比，是判定桥梁结构工作状态的一个重要指标。

4、 动态检测方法

结构损伤的发生必然导致结构参数(刚度，阻尼和内部荷载)的改变。如果恰当地估计出这些变化，就能给结构损伤状态的评估提供一个量化的方法。利用振动方法对桥梁进行结构损伤检测的基础是从桥梁振动模态的变化中能够估计出桥梁结构参数的变化。桥梁振动模态通常可用常规的实验模态分析测试方法得到[5]。在桥梁的不同位置布置测点，通过结构损伤发生前后由这些测点记录的信息可提取出的桥梁振动模态特性参数的变化，以此来确定结构损伤发生的位置、大小及结构损伤类型。这是一个雄心勃勃的设想。目前比较得到认同的是结合系统识别、振动理论、振动测试技术、信号采集与分析等跨学科技术的试验模态分析法。这种方法已经被广泛应用于航空、航天、精密机床等领域的故障诊断、荷载识别和动力学修改等问题中，现在研究者试图将这种方法用于土木工程结构的状态检测。

3发展趋势

传统的桥梁检测技术主要是表观检测和静力检测，这些检测方法都有一定的局限性。随着科学技术的快速发展，一些技术成分高的检测手段逐渐被引人到桥梁状态检测中来。例如震动检测技术、高技术检测仪器等。尽管表观检测仍然将是桥梁检测的重要手段，但一方面表观检测结果的分析方法或理论需要进一步发展，另一方面逐渐引入先进的检测技术更是桥梁管理与养护的发展趋势。

4 结论

本文对桥梁检测的研究进行了评述。由于桥梁检测技术和状态评估所涉及的问题繁多，本文并未一一论及，只是一个概述。桥梁检测水平的提高有利于将桥梁后期的管理工作纳入规范化、机械化的轨道，并可以缓解国内市场的巨大需求。

参考文献

[1] 杨勇.王灿.朱新实.既有桥梁结构混凝上现存应力测量与分析[J].同济大学学报．1999．22(2)：198～202.

[2] 张启伟.桥梁结构模型修正与损伤识别（D）.同济大学博士论文，1999．

[3] 铁志杰编译．2l世纪桥梁管理的无损检测[J]．国外桥梁．1999,(4)

[4] 陈借民．徐岳.毛瑞祥．危旧拱桥加固改造全过程的动力分析[J].中国公路学报，1997．10(1)：60～64

第4篇：土木工程博士论文范文

关键词： 碳纤维增强塑料，活性粉末混凝土，锚固；粘结；数值模拟

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

中图分类号：TU757.2文献标识码：A文章编号：

CFRP具有高强、轻质以及良好抗腐蚀性，而其作为预应务及拉索的实际应用中最大的困难是其锚固问题，国内外对CFRP 筋的粘结式锚固系统已进行了相当的研究,粘结介质主要有环氧砂、环氧树脂、水泥浆或膨胀水泥浆等[1 ] ,但这些粘结介质存在强度较低、或徐变过大、或热稳性能较差等不足。鉴于活性粉末混凝土高强度、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作为粘结型锚具的粘结介质[2 ]，对CFRP筋在RPC中锚固性能的研究具有意义[3 ] .

1FRP筋粘结-滑移本构关系简化模型

目前有许多学者提出了FRP筋粘结滑移本构模型，主要有BPE模型、改进的BPE模型、CMR模型、Malvar模型[8]以及高丹盈提出了的光滑连续性模型。这些模型都有各自的优缺点，在此基础上，方志、蒋田勇等根据CFRP筋及拉索粘结型锚具的粘结滑移试验结果，采用筋材表面形状系数 以及粘结滑移曲线中的两个关键点(峰值点和残余值起点)进行分段拟合,提出了如图1所示的粘结滑移本构模型[4]，。

图1 粘结滑移本构模型

此模型包括上升段、下降段以及残余水平段，除了单压纹拔出破坏的CFRP筋不仅考虑上升段，还包括下降段和残余水平段，其余情况均仅考虑上升段。该模型具有形式简单，有利于在工程实际中推广应用。粘结滑移本构方程为：

上升段：

下降段：

残余水平段：

式中， 为平均粘结强度(MPa); 为残余粘结应力(MPa); 为平均粘结强度对应的自由端或加载端滑移量(mm)； 为残余粘结应力对应的自由端或加载端滑移量(mm)； 是筋材表面形状系数，光滑筋材取为0.5，压纹筋材取为0.7。其中， 、 、 以及 可以分别由下列计算公式得到。

对于压纹CFRP筋普通粘结构件：

平均粘结强度 ：

残余粘结应力 ：

平均粘结强度对应的自由端滑移量 ：

平均粘结强度对应的加载端滑移量 ：

残余粘结应力对应的自由端滑移量 ：

残余粘结应力对应的加载端滑移量 ：

2 数值模拟研究

根据前面得出的粘结-滑移本构关系简化模型，本文采用有限元分析软件ANSYS对锚固长度分别为100mm和150mm、套筒内壁倾角为0º的压纹CFRP筋粘结型锚具进行数值模拟，与试验结果作比较，并考察粘结型锚自由端和加载端的滑移情况；由于结构的对称性，仅对锚具的1/4结构进行模拟研究。

2.1 钢套筒、活性粉末混凝土以及压纹CFRP预应力筋材料模型及单元类型

粘结型锚具结构数值模拟中钢套筒采用双折线随动强化模型（BKIN），屈服时满足Von-Mises屈服准则，当Von-Mises等效应力超过材料的屈服应力 就发生屈服；钢材采用Solid45单元模拟；混凝土采用Solid65单元模拟。

压纹CFRP筋采用Solid64单元模拟，纵向弹性模量为 、横向弹性模量为 、剪切模量为 、 和 。

2.2 粘结-滑移的数值模拟

CFRP筋与RPC粘结-滑移连接单元采用非线性弹簧单元Combination39。Combination39单元具有两个节点，只需通过定义弹簧单元的实常数F-D曲线来定义非线性弹簧的受力性质。对于单向弹簧，弹簧长度可以为零。

在CFRP筋和RPC连接界面上每一对节点之间采用由三个Combination39单元形成的三维连接单元模拟CFRP筋与RPC之间的相互作用，三个弹簧单元分别代表连接界面上沿法向、纵切向和横切向的钢管与混凝土相互作用，单元长度均为零，粘结-滑移本构关系由实常数F-D曲线描述。

(a)法向F-D曲线(b)横切向、纵切向F-D曲线

图2法向弹簧和横切向、纵切向弹簧F-D曲线

法向：法向弹簧系数可取一大值，本文近似取活性粉末混凝土的弹性模量，F-D曲线为经过原点的折线（图2(a)），在第三象限内取斜率很大的斜直线，在第一象限内近似为D轴，以模拟法向不抗拉的特点。

横切向、纵切向：假定横切向和纵切向的粘结作用近似一致，因此横切向和纵切向的F-D曲线相同。横切向和纵切向的相互作用表现为CFRP筋与RPC粘结滑移性能，F-D曲线根据前面建立的粘结型锚具粘结-滑移本构关系模型确定（图2(b)），非线性弹簧单元的D即s， F的数学表达式为： ，其中， 为弹簧在连接面上所对应的面积[6]。

2.3 模型加载

构件均采用位移加载；模型中X、Y轴为CFRP筋径向，Z轴为CFRP筋轴向；约束活性粉末混凝土（RPC）及钢套筒加载端节点的Z向，并在棒材、RPC以及钢套筒对称面上分别施加X向和Y向对称约束；将钢套筒与RPC界面上节点X、Y、Z方向自由度耦合；在CFRP筋的加载端沿Z轴正向施加位移UZ，见图3：

图3有限元分析模型

2.4 数值模拟结果分析

（1）粘结型锚具试件试验结果[5]与ANSYS程序的分析结果的比较如表1所示：

表1 试验结果与有限元结果对比

试件编号 BA-100-0 BA-150-0

结果类型 极限荷载

(kN) 自由端滑

移量(mm) 加载端滑

移量(mm) 极限荷载

(kN) 自由端滑

移量(mm) 加载端滑

移量(mm)

试验值 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

相对误差 1.12% 4.7% 3.8% 1.45% 1.13% 6.58%

注：

1.BA代表Bond-type Anchorage，其后第一个数字为粘结式锚具试件锚固长度，第二个数字为钢套筒内壁倾角

2.表中滑移量均为极限荷载对应的自由端或加载端滑移量

3.表中相对误差的计算式：|试验值-有限元值|/试验值

有限元计算所得的荷载―滑移曲线与试验所得荷载滑移―曲线对比如图7和图8所示：

图4BA-100-0与BA-150-0荷载―滑移曲线比较

从表1、图4中可以看出，有限元计算结果与试验结果误差比较小，且有限元计算曲线与试验曲线比较吻合，说明CFRP筋与RPC接触界面粘结问题用此计算模型模拟是合理的。

（2）CFRP筋轴向拉应力

图5~图6为BA-100-0和BA-175-0锚具组装件CFRP筋的轴向拉应力随荷载的变化情况,CFRP筋的轴向拉应力值均是从加载端到自由端逐渐变小，随荷载的增加，CFRP筋轴向拉应力逐渐增加，这与试件的试验结果相同。

图5 BA-100-0 CFRP筋轴向拉应力沿埋长分布 图6 BA-175-0 CFRP筋轴向拉应力沿埋长分布

图7为不同锚固长度的粘结式锚具在达到试验中所得到的失效荷载时，CFRP筋的轴向拉应力在粘结长度内的变化情况；对于滑移破坏的粘结型锚具，锚固长度越小，在距离自由端相同的粘结范围内的CFRP筋轴向拉应力增长越慢，且分布更加均匀；而对于拉断破坏的粘结型锚具，锚固长度越大，在距离自由端相同的粘结长度范围内的CFRP筋轴向拉应力增长越慢，且分布更加均匀。

图7 锚具CFRP筋轴向拉应力-埋长曲线

4 结论

（1）采用三向非线性弹簧单元对CFRP筋与RPC的粘结-滑移相互作用进行数值模拟，荷载和滑移值的有限元结果与试验值误差较小，而且计算得出荷载-滑移曲线与试验曲线吻合较好。

（2）CFRP筋的轴向拉应力值均是从加载端到自由端逐渐变小，随荷载的增加，CFRP筋轴向拉应力逐渐增加，这与试件的试验结果相同。

（3）对于滑移破坏的粘结型锚具，锚固长度越小，在距离自由端相同的粘结范围内的CFRP筋轴向拉应力增长越慢，且分布更加均匀；而对于拉断破坏的粘结型锚具，锚固长度越大，在距离自由端相同的粘结长度范围内的CFRP筋轴向拉应力增长越慢，且分布更加均匀。

参考文献：

[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，梁栋，蒋田勇. 不同粘结介质中CFRP筋锚固性能的试验研究.土木工程学报，2006 , 39 (6) :74 - 78.

[3] 方志, 蒋田勇, 梁栋. CFRP筋在活性粉末混凝土中的锚固性能.湖南大学学报(自然科学版)，2007，24(7): 1-5.

[4] 蒋天勇. 碳纤维预应力筋及拉索锚固系统的试验研究和理论分析[D]: [湖南大学博士论文]. 长沙: 湖南大学, 2008: 41-43