大学生创新性实验计划项目”申请表(模板).doc

.“大学生创新性实验计划项目”申请表填表时间：2012年4月20日项目名称压浆缺陷与腐蚀耦合作用下PC构件抗弯性能实验研究申请经费1万元起止时间2012年5月至2013年5月申请团队项目负责人姓名年级所在学院、专业联系电话E-mail2009级土木与建筑学院桥梁工程项目组成员姓名年级所在学院、专业联系电话E-mail2009级土木与建筑学院桥梁工程2009级土木与建筑学院桥梁工程2009级土木与建筑学院桥梁工程丁炜2009级土木与建筑学院桥梁工程导 师姓名职务/职称所在学院、专业联系电话E-mail副教授土木与建筑学院桥梁工程研究生土木与建筑学院桥梁工程一、申请理由(包括自身具备的知识条件：自己的特长、兴趣等)1.1项目申请缘由预应力混凝土（PC）桥梁由于跨越能力强、经济性好等原因，近年来在我国得到了飞速发展。长期以来，这类桥梁被认为具有较强的抵御环境能力，其耐久性问题并没有得到足够重视。然而，在不良施工质量、不利环境和持久应力等因素耦合作用下，这类桥梁的耐久性退化问题日渐显现，尤其是后张预应力混凝土桥梁，由于压浆缺陷导致的预应力锈蚀现象已十分严峻。压浆缺陷诱发预应力筋腐蚀，危害极大，使桥梁承载能力减低、服役性能退化，严重时会导致结构垮塌。因此，对这方面的探索研究就显得尤为迫切。作为土木工程专业的学生，为了更好地将理论知识与实践相联系，并从中提高自己的创新能力和研究能力，特以“压浆缺陷与腐蚀耦合作用下PC构件抗弯性能实验研究”项目为依托，向大学生创新性实验计划提出资助申请。1.2可行性项目组成员均来自土木与建筑学院桥梁工程专业，有充足的课余时间投入试验研究中，所有成员课程成绩优秀，拥有很好的数学、力学基础，动手能力强，有极强的团队协作精神，具备完成本课题研究的能力；为全面顺利完成本项目研究，项目组已进行大量的调研工作，对国内外研究现状进行了深入细致的分析。这些为本项目研究内容的进一步深入开展提供了理论上的可行性。本课题的指导教师长期从事耐久性分析和可靠性评定研究工作，在国内外期刊及学术会议上发表论文30多篇，主持国家自然科学基金等纵横向科研项目4项，作为技术骨干参与了国家自然科学基金项目3项、省部级纵向课题8项，获2011年度全国优秀博士论文奖、2011年度国家科技进步二等奖1项(排名第5)、2010年度湖南省科技进步一等奖1项(排名第2)，联合获软件著作权3项等，具备指导该课题的能力。指导人现为土木与建筑学院桥梁与隧道工程硕士研究生，主要从事腐蚀预应力混凝土桥梁服役性能研究，发表论文2篇，于2010年保送攻读我校硕士学位，获第七届全国周培源大学生力学竞赛三等奖，本科阶段参与长沙理工大学“国家级大学生创新性实验计划”结构模型最大荷重比的探索研究，并顺利结题，创新性试验方面经验丰富。指导老师课题组针对既有桥梁中钢筋锈蚀特点，在实验室实现了60余根梁、40余根柱以及100余根试件的快速腐蚀，掌握了相关实验技术，可有效控制钢筋锈蚀；基于快速锈蚀构件实桥构件实桥破坏性试验研究，建立了腐蚀钢筋混凝土梁刚度以及承载力计算方法。这些工作为该课题提供了实验技术支撑，也为试验过程中现象的观察、数据处理以及规律总结提供了保障。1.3优秀的项目团队本项目负责人及所有成员因为共同的志趣走在了一起，组成了一个团结和谐、锐意进取的项目团队。我们都学习努力、成绩优异、团结进取、勤于思考、乐于科研，都为了本项目做了很多前期工作，理清了研究思路、明确了项目目标、制定了项目方案，搜集和整理了大量的研究资料，在项目具体的实施过程中能够分工明确。项目成员简介如下：（1）项目负责人项目负责人土木与建筑学院2009级土木工程（桥梁方向）三年级学生，现任院分团委副书记，曾参加湖南省“挑战杯”科技立项及湖南省“芙蓉学子”创新项目。本人具有很好的团队协作精神、分析处理问题能力，资料整合以及动手实践较强，并积极主动参加工程实践，其中参与的“长沙市永年农业科技有限公司进村公路”勘测、设计项目，获业主单位好评。本人的获奖情况如下：l 2009-2010学年被评为校优秀学生干部、优秀团干。l 2009-2010学年获校第七届土木建筑类大学生结构模型竞赛三等奖l 2010-2011学年获三等奖学金、校三好学生、校管理人才奖l 2010-2011学年获暑期“三下乡”社会实践先进个人，优秀实践作品报告l 2010-2011学年获湖南省“挑战杯”校内选拔赛三等奖l 2010-2011学年获湖南省优秀学生党员（2） 土木与建筑学院（桥梁工程）三年级学生，现为班级团支书，有很好的动手组织能力和团结协作能力，会独立思考问题，有很好的沟通表达能力，积极为团队出谋划策。专业基础扎实，力学成绩优秀。在校期间积极参加各类活动和学科竞赛。以下是我的获奖情况：l 2009-2010学年，获校二等奖学金l 2009-2010学年，校桥梁结构模型大赛优胜奖l 2010-2011学年，获国家励志奖学金、优秀团员l 2010-2011学年，校一等奖学金、校“四球大赛”总分第一名l 2010-2011学年，校“三好学生” 、党校优秀学员（3） 土木与建筑学院2009级土木工程（桥梁方向）三年级学生。本人擅长分析与逻辑，动手能力也较强，为人勤恳，自制力强。本人获奖情况； l 2009-2010学年 三好学生标兵 “学习型个人” l 2009-2010学年 优秀团员、国家励志奖学金 l 2009-2010学年 特等奖学金、英语六级 l 2009-2010学年 党校培训优秀学员、计算机三级l 2010-2011学年 三好学生、特等奖学金l 2010-2011学年 物理竞赛校二等奖l 2010-2011学年 国家奖学金、湖南省第四届大学生物理竞赛省一等奖l 2010-2011学年 湖南省第七届大学生力学竞赛省三等奖（4） 土木与建筑学院2009级土木工程（桥梁方向）三年级学生。本人擅长操作各类应用软件。尤其是对Office非常熟练。在校期间，工作认真负责，担任学院09第二团总支主席，并且担任桥梁0904班班长，沟通能力和学习能力比较强。在学习方面，成绩优异，具有较强的分析问题和总结能力。获奖情况：l 2010-2011学年 党校培训优秀学员、优秀团员干部l 2010-2011学年 三等奖学金l 2010-2011学年 优秀学生干部l 2010-2011学年 管理人才奖l 2010-2011学年 “三下乡”先进个人（5） 土木与建筑学院2009级土木工程(桥梁工程)三年级学生。学习认真努力，力学等专业课程基础比较扎实，动手能力强。积极参加院校各类各项活动，曾担任过班级团支书，有良好的组织能力和协作能力，能为集体着想。获奖情况：l 2009-2010学年 三等奖学金l 2009-2010学年 优秀团员l 2010-2011学年 三等奖学金l 2010-2011学年 优秀团员标兵l 2010-2011学年 第二届CAD绘图技能大赛三等奖l 2010-2011学年 “园丁杯”第七届大学生结构模型创作竞赛三等奖l 2011-2012学年 “挑战杯”大学生创业项目竞赛三等奖二、立项背景(研究现状、趋势、研究意义等，参考文献和其他有关背景材料)2.1 研究背景和意义预应力混凝土(PC)桥梁跨越能力强、经济性好，近年来得到了飞速发展，在我国65万多座公路桥梁中占很大比重。长期以来，这类桥梁被认为具有较强的抵御环境能力，其耐久性问题并没有得到足够重视。在不良施工质量、不利环境和持久应力等因素耦合作用下，这类桥梁的耐久性退化问题日渐显现；特别是后张预应力混凝土桥梁，孔道压浆缺陷(不实)曾十分突出，降低了对预应力筋的保护作用，近年来，预应力筋严重腐蚀现象不乏报道，如图1所示。图1压浆缺陷区预应力筋腐蚀图2英国Ynys-Y-Gwas桥垮塌图3意大利的Saint Stefano桥垮塌压浆缺陷诱发预应力筋腐蚀，危害极大，使桥梁承载能力减低、服役性能退化，严重时会导致结构垮塌。例如：英国Ynys-Y-Gwas桥服役33年后在无任何征兆下垮塌(如图2)，意大利Saint Stefano桥服役40年后垮塌(如图3)。为此，英国曾在1992年暂停后张预应力混凝土桥梁建设，直到改进了压浆标准才予以恢复。我国后张法预应力混凝土桥梁数量大，但施工水平较低，孔道压浆缺陷问题曾被交通部列为公路工程建设十大质量通病之一，随着时间推移，这些桥梁承载能力退化问题必须予以重视。预应力筋腐蚀后物理力学性能的退化势必导致预应力混凝土构件性能的改变。在腐蚀程度较低(腐蚀率小于3%)时，构件破坏特征、承载能力、刚度及延性退化并不显著，但随着腐蚀程度加剧，构件性能退化显著。我国朱尔玉等对腐蚀的后张预应力铁路桥梁荷载实验表明，腐蚀导致梁体整体刚度降低显著，截面内力分布改变。日本学者Minh等针对压浆缺陷易导致金属波纹管锈蚀，引起波纹管粘结性能退化，导致构件承载力下降开展了试验研究，但该研究侧重于压浆缺陷和金属波纹管锈蚀问题。目前，腐蚀后张预应力混凝土构件力学性能试验尚不系统，对其退化规律尚缺乏全面的认识，专门针对压浆缺陷与预应力筋腐蚀共同影响下构件性能退化研究鲜有报道。腐蚀后张预应力混凝土构件承载力计算需要考虑腐蚀和压浆缺陷等耦合效应。法国图卢兹大学侧重于腐蚀引起截面积减小，采用开裂区域等效刚度代换法，对无粘结腐蚀后张法预应力混凝土梁力学性能进行了有限元分析。但该方法依赖于裂缝间距的准确输入，实际应用中，裂缝间距的估计较为困难。英国学者Cavell等针对压浆不密实区部分预应力钢丝锈断及重锚的影响，建立了后张法预应力混凝土梁抗弯性能计算模型，但该模型尚无法考虑腐蚀程度影响。由于对腐蚀后张预应力混凝土构件力学性能退化缺乏全面认识，系统深入地考虑压浆不密实区预应力筋腐蚀、局部粘结锚固等影响的承载力和刚度计算方法亟待解决。为此，探究孔道压浆缺陷腐蚀对PC构件抗弯承载力的影响，明确压浆缺陷和腐蚀对构件和结构力学性能退化机制，解决压浆缺陷腐蚀构件残余承载力和有效刚度计算问题，揭示桥梁潜在危险，及时做出维修决策，保证桥梁使用安全等，具有重要的学术价值和工程实际意义。2.2参考文献1朱尔玉, 刘椿, 何立, 张洪伟, 谢楠. 预应力混凝土桥梁腐蚀后的受力性能分析J. 中国安全科学学报, 2006, 16(2): 136-140.2李富民, 袁迎曙. 腐蚀钢绞线预应力混凝土梁的受弯性能试验研究J. 建筑结构学报, 2010, 31(2): 78-84.3Minh H., Mutsuyoshi H., Taniguchi H., Niitani K. Chloride-Induced Corrosion in Insufficiently Grouted Posttensioned Concrete BeamsJ. Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE, 2008, 20(1): 85-91.4Vu N. A., Castel A., Franois R. Response of post-tensioned concrete beams with unbonded tendons including serviceability and ultimate stateJ. Engineering Structures, 2010, 32(2): 556-569.5Coronelli D., Castel A., Vu N. A., Franois R. Corroded post-tensioned beams with bonded tendons and wire failureJ. Engineering Structures, 2009, 31(8): 1687-1697.6Cavell D. G., Waldron P. A residual strength model for deteriorating post-tensioned concrete bridgesJ. Computers & Structures, 2001, 79(4): 361-373.三、项目方案3.1研究目标本项目以既有后张预应力混凝土梁桥为工程背景，探究孔道压浆缺陷和预应力筋腐蚀对PC构件抗弯承载力的影响，明确压浆缺陷和腐蚀对构件和结构力学性能退化机制，解决压浆缺陷腐蚀构件残余承载力和有效刚度计算问题，为该类桥梁安全评估和维修加固决策提供科学依据。3.2研究内容(1)压浆缺陷和腐蚀影响下PC构件抗弯承载力试验研究p 通过自制不同孔道空隙率试验梁，在预应力筋无腐蚀情况下进行静载试验，探究压浆缺陷对PC构件抗弯性能的影响；p 结合实际中压浆缺陷导致锈蚀加快的情况，开展压浆缺陷构件快速腐蚀后静载试验，分析不同腐蚀程度和局部缺陷腐蚀对PC构件抗弯性能的影响。(2)压浆缺陷腐蚀构件残余承载力和有效刚度计算评估研究p 基于压浆缺陷、预应力筋腐蚀、局部粘结性能退化等因素影响下压浆缺陷腐蚀梁曲率变化特征，提出受弯构件有效刚度计算方法；p 探究压浆缺陷和腐蚀对预应力筋局部粘结性能的影响，分析荷载作用下腐蚀预应力筋与混凝土间的应变协调性，进而基于平衡方程、几何方程和材料本构关系，建立受弯构件残余承载力计算模型。3.3拟采取的研究方法及技术路线设计制作不同孔道空隙率和局部缺陷位置的混凝土梁，开展通电快速腐蚀后静载试验，分析压浆缺陷、腐蚀等对构件开裂、挠度、承载力等力学性能影响，考虑压浆缺陷、预应力腐蚀、粘结力退化，以平衡方程、几何方程和物理方程为基本工具，提出构件残余承载力和有效刚度计算方法，并结合实桥承载力荷载实验