荷载与侵蚀环境耦合作用下钢-混凝土组合梁桥剪力连接件腐蚀疲劳损伤机理与寿命预测

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51878663
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    匡亚川
  • 依托单位：
    中南大学
  • 学科分类：
    E0806.工程建造与服役
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Stud shear connector is a key part of steel-concrete composite girder bridge. Fatigue damage of the stud shear connectors will weaken the combined effect of the composite girder bridge and affect the traffic safety and even the structural safety. The combined effect of environmental erosion, which leads to stud shear connectors corrosion and deterioration of fatigue resistance of stud shear connectors and vehicle load action which accelerates the corrosion process of the stud shear connectors would cause deterioration of the safety performance of in-service composite bridges. This project aims to study the fatigue damage mechanism and life prediction of the stud shear connectors under the combined effect of vehicle load and environmental erosion in terms of the main disease of in-service composite bridges. Firstly, the evolution mechanism of the stud shear connectors under vehicle load and environmental factors will be studied separately by the experimental and theoretical research. Then, the relationship and the difference between environmental effect and vehicle load effect will be analyzed. The influence of environmental effect and vehicle load effect on the fatigue performance of stud shear connectors will be measured by the fractal dimension of the surface characteristics of the corrosion stud shear connectors. Test method will be proposed for the combined effects. In addition, the fatigue damage evolution mechanism of stud shear connectors under vehicle load and environmental erosion will be studied by experimental and numerical analysis and fracture mechanics theories. The quantitative relationship between the fractal dimension of the surface characteristics of the corrosion stud shear connectors and the size of equivalent initial surface crack will be built. Finally, the residual fatigue life prediction model of the corrosion stud shear connectors will be proposed based on the size of equivalent initial surface crack.
栓钉剪力连接件是钢－混凝土组合梁桥的关键部件，栓钉的疲劳损伤会弱化组合梁桥的组合作用，影响行车安全性甚至结构安全。侵蚀环境作用将导致栓钉锈蚀，降低栓钉的疲劳性能，车辆荷载作用加速了栓钉的腐蚀进程，两者耦合作用将导致组合梁桥结构服役性能急剧退化。本课题拟针对既有组合梁桥结构的主要病害，进行车辆荷载与环境耦合作用下栓钉的腐蚀疲劳损伤机理与寿命预测研究。首先通过试验及理论分析研究车辆荷载及环境因素单独作用下栓钉的损伤演化机理；分析环境与车辆荷载作用效应的联系与区别，以栓钉表面特征的分形维数作为损伤指标来衡量环境与车辆荷载对栓钉疲劳性能的影响，提出两者耦合作用的试验方法；然后通过试验、数值分析与断裂力学理论研究荷载与侵蚀环境耦合作用下栓钉的疲劳损伤演化机理；最后建立锈蚀栓钉表面特征的分形维数与等效初始表面裂纹尺寸间的量化关系，提出基于等效初始表面裂纹尺寸的锈蚀栓钉的剩余疲劳寿命预测模型。

结项摘要

钢-混凝土组合梁桥具有良好的受力性能，兼有钢桥和混凝土桥的各自在经济性、施工性等方面的优点，在综合效益上具有强大的竞争力，具有广阔的应用和发展前景。栓钉剪力连接件是钢－混凝土组合梁桥的关键部件，栓钉的疲劳损伤会弱化组合梁桥的组合作用，影响行车安全性甚至结构安全。侵蚀环境作用将导致栓钉锈蚀，降低栓钉的疲劳性能，车辆荷载作用加速了栓钉的腐蚀进程，两者耦合作用将导致组合梁桥结构服役性能急剧退化。本课题拟针对既有组合梁桥结构的主要病害，进行车辆荷载与环境耦合作用下栓钉的腐蚀疲劳损伤机理与寿命预测研究。首先基于弹塑性地基中横向荷载作用下的单桩理论，提出了栓钉的抗剪承载力、剪切刚度、弹性阶段末端的滑移值等的计算公式；考虑栓钉锈蚀对栓钉抗拉强度和弹性模量力学性能的削弱和栓钉截面削弱，提出了锈蚀后栓钉的荷载-滑移本构关系。然后通过数据拟合，得到了锈蚀栓钉疲劳寿命预测模型中的关键参数的取值；综合考虑锈蚀率对栓钉极限强度、屈服强度、截面直径等的影响，对锈蚀栓钉组合梁的疲劳寿命进行了模拟计算。通过试验对栓钉的疲劳性能进行了系统地研究，结合栓钉的疲劳断面特征和裂纹尺寸，建立了栓钉的疲劳裂纹深度与剩余承载力关系表达式；通过ABAQUS和FRANC3D 软件联用的方式分析了栓钉的疲劳裂纹扩展全过程。基于分形理论对锈蚀后栓钉的表面特征进行了研究，通过试验研究了锈蚀栓钉的力学性能随表面特征值的变化规律。通过试验、数值分析与断裂力学理论研究了荷载与侵蚀环境耦合作用下栓钉的疲劳损伤演化机理。最后建立了锈蚀栓钉表面特征的分形维数与等效初始表面裂纹尺寸间的量化关系，提出了基于等效初始表面裂纹尺寸的锈蚀栓钉的剩余疲劳寿命预测模型。课题的研究成果可以为栓钉的设计提供理论依据，为钢-混凝土组合梁桥设计、状态评估和维护加固等提供技术支撑，对确保组合梁桥的安全运营，促进组合梁桥的应用与发展，具有重大的现实意义。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（4）
寒冷地区高速铁路桥梁冻融损伤研究
  • DOI：
    10.3969/j.issn.1001-4632.2019.02.06
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    中国铁道科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    匡亚川;陈煜杰;冯金仁;余志武
  • 通讯作者：
    余志武
Fatigue behaviour of corroded stud based on crack growth theory
基于裂纹扩展理论的腐蚀螺柱疲劳行为
  • DOI：
    10.1680/jstbu.20.00135
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Structures and Buildings: Structures and Buildings
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Kuang Yachuan;Wang Kun;He Yuhao;Zhao Han;Xiang Ping
  • 通讯作者：
    Xiang Ping
Numerical Investigation of Composite Behavior and Strength of Rectangular Concrete-Filled Cold-Formed Steel Tubular Stub Columns
矩形冷弯型钢管混凝土短柱复合材料性能及强度数值研究
  • DOI：
    10.3390/ma14206221
  • 发表时间：
    2021-10-19
  • 期刊：
    Materials
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Wang L;An Y;Ding F;Kuang Y;Ma Q;Tan S;Zhang W;Zhao P;Ren E
  • 通讯作者：
    Ren E
锈蚀栓钉钢-混凝土组合梁的疲劳寿命预测模型
  • DOI：
    10.11817/j.issn.1672-7207.2021.03.011
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    中南大学学报. 自然科学版
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    匡亚川;陶莉;贺宇豪
  • 通讯作者：
    贺宇豪
Experimental and Theoretical Study on the Fatigue Crack Propagation in Stud Shear Connectors
螺柱剪力连接件疲劳裂纹扩展的实验与理论研究
  • DOI：
    10.3390/ma16020701
  • 发表时间：
    2023-01-11
  • 期刊：
    MATERIALS
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Kuang, Yachuan;Wang, Yameng;Xiang, Ping;Tao, Li;Wang, Kun;Fan, Fan;Yang, Jiahui
  • 通讯作者：
    Yang, Jiahui

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其他文献

栓钉锈蚀与抗剪承载力试验研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    武汉理工大学学报(交通科学与工程版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    石卫华;龚匡晖;匡亚川;余志武
  • 通讯作者：
    余志武
Experimental study and analysis on the structural behavior of steel-concrete composite beam after shear connector corrosion
钢-混凝土组合梁剪力连接件腐蚀后结构性能试验研究与分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Applied Mechanics and Materials.
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    匡亚川;冯金仁;余志武;刘小洁
  • 通讯作者：
    刘小洁
Matrix Algorithm for Reliability of Structure in Generalized Random Space
广义随机空间结构可靠性的矩阵算法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Appplied Mechanics and Materials.
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘小洁; 李晓静;石卫华;匡亚川
  • 通讯作者：
    匡亚川
加速锈蚀钢-混凝土组合梁的性能试验研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    铁道科学与工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    龚匡晖;石卫华;匡亚川;余志武
  • 通讯作者：
    余志武
Passive smart self-repairing concrete beams by using shape memory alloy wires and fibers containing adhesives
使用形状记忆合金丝和含粘合剂纤维的被动式智能自修复混凝土梁
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2024-09-14
  • 期刊：
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    匡亚川;欧进萍
  • 通讯作者：
    欧进萍

其他文献

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匡亚川的其他基金

混凝土结构的损伤自监测与自修复关键问题研究
  • 批准号：
    51008314
  • 批准年份：
    2010
  • 资助金额：
    21.0 万元
  • 项目类别：
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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