高硅氧纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料耐高温与抗火性能

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作者 康大伟 倪雅 +5 位作者 张宁 隋艳伟 委福祥 戚继球 张太科 孟庆坤 《材料工程》 北大核心 2025年第10期173-181,共9页

针对桥梁火灾防护需求,利用溶胶-凝胶和超临界干燥的方式制备出高硅氧纤维/SiO_(2)气凝胶复合材料,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、电子万能试验机、导热系数分析仪等研究复合材料在高温处理后微观结构、力学和... 针对桥梁火灾防护需求,利用溶胶-凝胶和超临界干燥的方式制备出高硅氧纤维/SiO_(2)气凝胶复合材料,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、电子万能试验机、导热系数分析仪等研究复合材料在高温处理后微观结构、力学和隔热性能变化,探索复合材料在烃类火中的抗火能力。结果表明,制备态的复合材料高硅氧纤维和SiO_(2)气凝胶结合良好,纤维间空隙被气凝胶均匀填充。800~1000℃处理2 h后,纤维表面变得粗糙,气凝胶出现破碎,部分纤维裸露出来。SiO_(2)气凝胶在高温处理后,孔径尺寸增加,比表面积下降,且出现晶化现象。高温处理导致力学和隔热性能下降,初始态和1000℃处理态的断裂力和导热系数分别为130.2 N和0.0163 W/(m·K),50.2 N和0.0311 W/(m·K)。在1100℃烃类火中,采用10 mm厚的气凝胶复合材料保护缆索模型可以在78 min内保持温度低于300℃。此研究成果对于新型桥梁抗火材料的开发和评价具有一定借鉴意义。 展开更多

关键词 SiO_(2)气凝胶 高硅氧纤维 耐高温性能 微观结构 隔热性能 力学性能

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基于振动声信号的组合结构界面脱空智能检测方法及装置:以张靖皋长江大桥等组合结构桥塔为例

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作者 袁航 游新鹏 郭峰超 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第16期6890-6897,共8页

为实现对高耸组合结构界面脱空部位的快速自动化识别检测,以张靖皋长江大桥等组合结构桥塔为背景,开展桥塔足尺模型脱空检测试验,通过对声场空间分布数值模拟、时频响应特征分析及卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型训... 为实现对高耸组合结构界面脱空部位的快速自动化识别检测,以张靖皋长江大桥等组合结构桥塔为背景,开展桥塔足尺模型脱空检测试验,通过对声场空间分布数值模拟、时频响应特征分析及卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型训练,提出一种适用高耸组合结构界面脱空检测的自动化装置及基于声信号的脱空损伤检测深度学习方法。结果表明:基于自动化装置采集的声信号分析方法可作为高耸组合结构脱空损伤自动化检测识别新方法,构建的卷积神经网络模型能够实现对结构损伤、健康及无效数据的高精度分类,分类识别准确率达96.8%,自动化检测装置可实现对高耸组合结构界面脱空的准确与快速检测,该装置及方法可提升超高组合索塔脱空检测的自动化程度降低检测安全风险。 展开更多

关键词 组合结构 桥塔 脱空检测 声信号 卷积神经网络(CNN)

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狮子洋大桥主缆锚固系统设计

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作者 蔡銮 汪威 +2 位作者 唐贺强 郭日强 郭峰超 《铁道建筑》 北大核心 2025年第7期76-82,共7页

主缆锚固系统作为悬索桥的核心受力构件,承担主缆的巨大拉力,对材料的耐久性和施工质量提出了极高要求。为提升悬索桥锚固系统在强腐蚀地下水环境和超大主缆拉力下的耐久性,以主跨2 180 m的狮子洋大桥为例进行研究,系统地分析材料性能... 主缆锚固系统作为悬索桥的核心受力构件,承担主缆的巨大拉力,对材料的耐久性和施工质量提出了极高要求。为提升悬索桥锚固系统在强腐蚀地下水环境和超大主缆拉力下的耐久性,以主跨2 180 m的狮子洋大桥为例进行研究,系统地分析材料性能、钢结构连接方式、耐久性设计及结构受力特性。采用有限元分析软件建立锚碇和锚固系统整体模型,分析在主缆拉力作用下锚体混凝土和锚杆的力学响应。结果表明,锚固系统传力路径明确,应力满足规范要求。通过实施多级防护综合措施,有效解决了强腐蚀环境与超大主缆拉力下主缆锚固系统的耐久性问题。 展开更多

关键词 公路桥梁 主缆锚固系统 数值模拟 耐蚀钢 耐蚀铆钉 腐蚀裕量 密封胶

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悬索桥双层板桁结合梁扭转刚度研究

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作者 刘震北 吴玲正 +2 位作者 郑超南 刘永健 姚予康 《桥梁建设》 北大核心 2025年第5期82-89,共8页

为了解悬索桥双层板桁结合梁的扭转性能,开展该类型梁扭转刚度计算方法与参数研究。基于桁梁扭转刚度的简化计算模型与数值分析方法,提出双层板桁结合梁等效薄壁模型,采用卡式第二定理推导华伦式桁架等效板厚计算公式,以狮子洋大桥加劲... 为了解悬索桥双层板桁结合梁的扭转性能,开展该类型梁扭转刚度计算方法与参数研究。基于桁梁扭转刚度的简化计算模型与数值分析方法,提出双层板桁结合梁等效薄壁模型,采用卡式第二定理推导华伦式桁架等效板厚计算公式,以狮子洋大桥加劲梁为背景,采用有限元模型、本文方法及已有方法求解该桥加劲梁的扭转刚度,以验证所提方法的准确性,并分析加劲梁构造尺寸及用钢量变化对扭转刚度的影响。结果表明:数值模型的悬臂长度大于3倍梁宽时,计算的扭转刚度变化率在1.1%以内;所提出的双层板桁结合梁扭转刚度计算方法具有较高的计算精度,与有限元结果的偏差小于2%;桥面系与腹杆的板件厚度对扭转刚度影响较大,总用钢量变化较小时,增大腹杆板件厚度可以有效提升加劲梁扭转刚度。 展开更多

关键词 悬索桥 双层板桁结合梁 扭转刚度 等效薄壁模型 等效板厚 参数分析 有限元法

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基于行车性能的大跨度公路悬索桥挠跨比限值研究

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作者 张太科 柳文策 +2 位作者 郭峰超 陈上有 王茂强 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期11-18,共8页

为了得到大跨度公路工程挠跨比的合理限值,以国内某在建大跨度公路悬索桥作为研究对象。首先,通过有限元方法对不同构件的结构刚度及重力刚度进行敏感性分析,确立了刚度调控方法;其次,将行车安全性及舒适性作为评判指标,调整刚度大小进... 为了得到大跨度公路工程挠跨比的合理限值,以国内某在建大跨度公路悬索桥作为研究对象。首先,通过有限元方法对不同构件的结构刚度及重力刚度进行敏感性分析,确立了刚度调控方法;其次,将行车安全性及舒适性作为评判指标,调整刚度大小进行多工况车-桥分析,获取行车安全性及舒适性超出限值的刚度取值范围;最后,缩减刚度的折减幅度,直至行车安全性及舒适性结果达到限值,通过反推得到基于行车性能的主梁挠跨比限值。研究结果表明:大跨度公路悬索桥竖向结构刚度主要由主梁及主缆控制,横向结构刚度主要由主梁及桥塔控制;折减主梁和主缆的结构及重力刚度均会对总体刚度产生较明显的影响,但影响程度不同;大跨度公路悬索桥在满足行车安全性及舒适性的条件下主梁的竖向和横向挠跨比限值分别约为1/150、1/80。 展开更多

关键词 大跨度公路悬索桥 挠跨比限值 刚度调控 行车安全性 行车舒适性

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混合交通流作用下大跨径桥梁车辆荷载效应分析 被引量：2

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作者 魏祎 张太科 +1 位作者 阮欣 金泽人 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期1859-1867,1909,共10页

卡车列队是一种通过自动控制、无线通讯等技术实现卡车成队近距离跟驰的交通模式,小间距行驶的车队直接导致桥面重车密度增加,且对于大跨径桥梁其可以容纳的卡车队数多,结构的整体和区段性能均可能受到影响。为研究卡车列队的荷载效应... 卡车列队是一种通过自动控制、无线通讯等技术实现卡车成队近距离跟驰的交通模式,小间距行驶的车队直接导致桥面重车密度增加,且对于大跨径桥梁其可以容纳的卡车队数多,结构的整体和区段性能均可能受到影响。为研究卡车列队的荷载效应水平及其与普通车辆形成的混合交通流对桥梁结构的影响,评估现行规范的适用性,调研了国内外关于卡车列队的实际测试和理论研究,基于在役大跨径桥梁的实测交通流数据,提出了卡车列队荷载模型和混合交通流模拟方法。以一座大跨径悬索桥为主要背景工程,考虑实际的桥梁运行情况,实现了混合交通流模拟,研究了代表性混合交通场景中结构的车辆荷载效应水平和安全性,分析了卡车列队模式以及混合交通流对于大跨径悬索桥汽车荷载效应的影响。分析结果表明,混合交通流作用下的荷载效应水平较普通车辆车流有明显提高,但仍低于规范加载值。不同加载场景下的效应值约为规范值的35%~80%,现行规范对于卡车列队参与的混合交通流作用下结构的整体效应和区段效应均可提供较好的安全裕度,能够保证桥梁在未来相应运营状态下的安全服役。 展开更多

关键词 大跨径桥梁 车辆荷载 混合交通流 卡车列队 整体效应 区段效应

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桥梁防火用纤维/气凝胶复合材料制备及抗火性能研究 被引量：2

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作者 孟庆坤 贾帅德 +8 位作者 康大伟 倪雅 康壮苏 隋艳伟 委福祥 肖彬 闵亮 张太科 戚继球 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2024年第6期1145-1153,共9页

针对桥梁缆索防火需求,以玄武岩纤维、玄武岩—高硅氧复合纤维和高硅氧纤维为基体,制备出SiO_(2)气凝胶复合材料。探索复合材料保护下的缆索模型在烃类火中的温度响应特征,研究复合材料在燃烧试验前后的微观形貌、相组成、力学性能和热... 针对桥梁缆索防火需求,以玄武岩纤维、玄武岩—高硅氧复合纤维和高硅氧纤维为基体,制备出SiO_(2)气凝胶复合材料。探索复合材料保护下的缆索模型在烃类火中的温度响应特征,研究复合材料在燃烧试验前后的微观形貌、相组成、力学性能和热导率的演化。所制备复合材料的气凝胶均匀填充在纤维骨架中,纤维气凝胶结合良好。玄武岩纤维在高温火焰中发生晶化和软化,导致纤维骨架坍塌和气凝胶破碎,缺乏纤维支撑的气凝胶在高温下孔隙坍塌且颗粒长大。因此,玄武岩纤维增强的复合材料在高温火焰暴露后力学和隔热性能大幅衰退。高硅氧纤维/气凝胶复合材料的纤维与气凝胶产生协同隔热效应,气凝胶可以保护纤维不发生晶化,而纤维完整骨架可以降低SiO_(2)气凝胶的热辐射作用,使气凝胶孔隙和颗粒尺寸在高温火焰中保持稳定。良好的结构稳定性赋予高硅氧纤维/气凝胶复合材料优异的高温稳定性,其燃烧前后的抗拉强度和热导率分别为0.736 MPa和0.0205 W·m^(-1)·K^(-1),0.560 MPa和0.0229 W·m^(-1)·K^(-1)。采用10mm厚的高硅氧纤维/气凝胶复合材料对缆索模型进行防火保护,在1100℃的烃类火中燃烧120min后,缆索模型表面仅有259℃,该气凝胶复合材料呈现出优异的抗火隔热性能,有望应用于桥梁防火领域。 展开更多

关键词 桥梁防火 气凝胶复合材料 纤维 烃类火 隔热性能

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内向环境风对双层悬索桥火灾温度分布的影响研究

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作者 鲁佳明 张太科 +1 位作者 安伟光 宋晓枫 《消防科学与技术》 CAS 北大核心 2024年第8期1051-1058,共8页

为了研究双层悬索桥下层发生车辆火灾时高温对上桥面底部关键部位的影响,基于FDS建立典型双层悬索桥火灾数值模型,以上桥面底部温度观测线上的最高温度点为研究对象,分析大型车辆火灾时不同车辆火源功率和常见海面风级内向环境风速对最... 为了研究双层悬索桥下层发生车辆火灾时高温对上桥面底部关键部位的影响,基于FDS建立典型双层悬索桥火灾数值模型,以上桥面底部温度观测线上的最高温度点为研究对象,分析大型车辆火灾时不同车辆火源功率和常见海面风级内向环境风速对最高温度及偏移距离的影响,并使用量纲分析法建立数学模型。结果表明:当热释放速率在30~200 MW变化,内向环境风速在0.1~6.7 m/s变化时,最高温度与热释放速率成正比,与风速成反比,而最高温度点偏移距离与之相反;无量纲最高温度变化量与无量纲火源功率的0.8次幂呈正比,与无量纲内向风速呈负相关关系;无量纲最高温度点偏移距离与无量纲火源功率呈复杂的对数关系,总体趋势为负相关,与无量纲风速呈非线性递增的对数关系,趋势为正相关。因此,双层悬索桥车辆火灾中火源功率和内向风速对最高温度点的影响是竞争关系,本数学模型可用于桥梁防火设计和火灾现场最高温度点的准确预测。 展开更多

关键词 双层悬索桥 车辆火灾 工程热分析 火灾数值模拟 量纲分析

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悬索桥高精度主缆索股制作与标记法架设技术研究 被引量：10

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作者 唐茂林 宋神友 +2 位作者 李则均 张太科 吴玲正 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期16-24,共9页

为解决恶劣气候条件下悬索桥基准索股难以高精度架设的工程难题,提出了标记对位架设法(标记法),该方法需索股制作精度达1/40000以上,而目前的索股制作精度达不到该要求。为提高索股制作精度,分析索股制作精度影响因素,从标准丝制作误差... 为解决恶劣气候条件下悬索桥基准索股难以高精度架设的工程难题,提出了标记对位架设法(标记法),该方法需索股制作精度达1/40000以上,而目前的索股制作精度达不到该要求。为提高索股制作精度,分析索股制作精度影响因素,从标准丝制作误差、索股标记转移误差、灌锚切割误差、索股顶压后的回缩误差以及编索钢丝非均匀误差等方面进行误差控制,将索股制作精度提高到1/25000以上;然后进一步提出基于分跨锚固的全标准丝索股制作技术,将索股制作精度提高到1/50000以上,该精度达到了标记法架设的精度要求。在索股制作精度达到标记法架设精度要求后,提出基于分跨锚固的全标准丝基准索股的标记法架设技术,并将该技术应用于深中通道伶仃洋大桥的基准索股架设中。工程应用结果表明:伶仃洋大桥三跨的索股长度精度均达到了1/60000以上,验证了标记法架设技术的可行性;该技术不仅有效提高了大桥基准索股架设精度,而且索股架设时,不受环境影响,大大缩短了架设工期,节约了人力、设备投入。 展开更多

关键词 悬索桥 主缆 基准索股 标记法架设 索股精度控制 分跨锚固 全标准丝 工程应用

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2 000 m级超大跨度悬索桥主缆架设影响参数研究 被引量：16

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作者 鲜荣 唐茂林 +2 位作者 吴玲正 李则均 张太科 《世界桥梁》 北大核心 2023年第3期74-80,共7页

为研究地球曲率、温度、主缆弹性模量以及加劲梁恒载误差对2000 m级超大跨度悬索桥主缆成桥线形的影响,以主跨2180 m的广州狮子洋大桥为背景,采用BNLAS软件建立主桥有限元模型,基于单一变量法对上述参数的影响性进行分析。结果表明:地... 为研究地球曲率、温度、主缆弹性模量以及加劲梁恒载误差对2000 m级超大跨度悬索桥主缆成桥线形的影响,以主跨2180 m的广州狮子洋大桥为背景,采用BNLAS软件建立主桥有限元模型,基于单一变量法对上述参数的影响性进行分析。结果表明:地球曲率对超大跨度悬索桥的主缆成桥线形影响较大,可通过在索股制造时对分跨标记点进行修正以避免该因素的影响;主缆成桥线形对温度变化极其敏感,建议增加温度测试断面数量以得到更为精确的温度场分布,据此对主缆成桥线形进行修正;主缆弹性模量影响索股的无应力长度,进而影响主缆成桥线形,需增加钢丝弹性模量的测试精度及抽样比例,得到符合实际主缆弹性模量的检测值,据此修正主缆成桥线形;加劲梁恒载误差对主缆成桥线形的影响很大,主缆架设前需要对钢梁进行称重并测试铺装材料的容重,根据实际重量重新计算主缆成桥线形,并且在铺装层施工时精确控制铺装层厚度。 展开更多

关键词 悬索桥 主缆成桥线形 地球曲率 温度 主缆弹性模量 加劲梁恒载误差 有限元法

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均匀流作用下悬索桥单侧并置双主缆振动特性分析 被引量：1

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作者 张太科 陈上有 +1 位作者 刘高 杨佐磊 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第18期123-129,共7页

建立了均匀流作用下考虑主缆三维效应、主缆间气动干扰效应和双向流固耦合效应的四主缆悬索桥单侧并置双主缆振动分析方法。针对主跨2180 m单跨吊四主缆悬索桥方案,开展了均匀流作用下成桥状态中跨主缆横向振动、边跨主缆的横向和竖向... 建立了均匀流作用下考虑主缆三维效应、主缆间气动干扰效应和双向流固耦合效应的四主缆悬索桥单侧并置双主缆振动分析方法。针对主跨2180 m单跨吊四主缆悬索桥方案,开展了均匀流作用下成桥状态中跨主缆横向振动、边跨主缆的横向和竖向振动分析,结果表明:对于中跨主缆,主缆平均位移随风速增大而增大,主缆在平均位移附近做简谐振动,振动的频率与风速相关,双主缆间中心间距随来流风速增加而逐渐减小,但双主缆间不会接触;对于边跨主缆,特定风攻角下,背风侧主缆存在尾流驰振现象。 展开更多

关键词 单侧并置双主缆 流固耦合 振动 气动干扰 驰振

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