韩国圣水大桥连续垮塌过程分析

韩国圣水大桥为(249+84+5×120+84+143)m钢桁悬臂梁桥,在服役15年后发生垮塌。综合既有研究资料,采用有限元模拟和疲劳试验等方法,从结构设计、制造施工和运营维护等方面对其垮塌原因和失效过程进行分析。结果表明:事故始于10号墩南侧悬臂梁1根竖杆疲劳断裂,荷载重分布导致该截面其余竖杆破坏,销栓被剪断,悬跨梁失去北侧支撑落入江中;设计时未充分考虑交通量的远期发展和结构冗余度不足是垮塌的主要原因;悬臂段与悬跨梁间铰接竖杆的焊缝未按设计要求进行全熔透焊接施工,且焊缝附近区域母材厚度过渡段坡度远大于设计值,有限元分析得到焊缝处应力集中系数较设计值增大1倍,明显降低了疲劳强度,是导致垮塌的直接原因;运营期桥梁缺乏维护和监测,轻视结构局部腐蚀和损伤问题,也是导致垮塌的重要原因。

热塑性聚氨酯/微胶囊化聚磷酸铵/氢氧化铝复合材料的制备及性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵(MAPP),并通过红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG)对MAPP进行了表征;采用熔融共混技术将氢氧化铝(ATH)和MAPP加入到热塑性聚氨酯弹性体(TPU)中,制备出系列阻燃热塑性聚氨酯弹性体(TPU/FR)复合材料,并通过TG、微型量热计(MCC)研究了TPU/FR的热稳定性和燃烧行为。结果表明,在ATH与MAPP总含量为20%(质量分数,下同)的情况下,相对于TPU/FR1(20%ATH)复合材料,ATH与MAPP含量分别为5%、15%,10%、10%和15%、5%的TPU/FR复合材料在700℃下的残炭量分别由16.7%提高到29.7%、25.1%和20.9%;热释放容量(HRC)分别从327.1 J/(g·K)降低到154.2、164.2和170.1 J/(g·K);对比TPU/FR2(20%MAPP)复合材料,TPU/FR4(15%ATH,5%MAPP)炭渣的致密性和石墨化程度显著提高,表明ATH与MAPP复合具有显著的阻燃协同作用。

基于光谱学分析的聚氨酯弹性体/聚磷酸铵/氢氧化铝复合材料阻燃机理研究

采用熔融共混技术,将聚磷酸铵(APP)和氢氧化铝(ATH)引入到聚氨酯弹性体(TPU)中,制备了一系列热塑性聚氨酯/聚磷酸铵/氢氧化铝(TPU/APP/ATH)复合材料。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、激光拉曼光谱研究了TPU和阻燃TPU(FR-TPU)复合材料燃烧后炭渣的微观形貌、表面结构、元素组成、键合状态和石墨化程度,结合阻燃性能测试,揭示APP和ATH的协同阻燃机制。SEM分析表明相较于APP与ATH单独使用,TPU/APP/ATH炭层的空洞结构更少,炭渣的致密性更高。XPS分析表明FR-TPU的炭渣中C元素含量相比于纯TPU有所降低,O元素的含量有所上升,其中TPU/APP10/ATH10的C元素含量从88.2%降至69.24%,O元素的含量从8.07%升至17.78%,P和Al元素含量相较于单独添加分别从11.74%和16.36%下降至3.91%和3.31%。在此基础上,通过对C元素的分峰拟合发现TPU炭渣中C—C/C—H,C—O/C—N和C O/C N含量分别为61.05%,35.65%和3.30%;TPU/APP10/ATH10炭渣中三种结构含量分别为45.38%,45.00%和9.63%,说明ATH和APP复配使用有利于C元素形成酯、醚、羰基、羧酸(盐)、酯基等结构。通过对O元素的分峰拟合发现,TPU炭渣中O_(2)/H 2O,—O—,O三种结构含量分别为28.75%,44.36%和26.89%;TPU/APP10/ATH10炭渣中O_(2)/H 2O,—O—,O三种结构含量分别为44.33%,32.78%和22.89%,说明APP和ATH的加入有利于炭渣中O元素形成O_(2)/H 2O结构。通过对N元素的分峰拟合发现,TPU炭渣中—NH—,N结构的N元素含量分别为40.93%和59.07%;TPU/APP10/ATH10中—NH—,N结构的N元素含量分别47.17%和52.83%,说明ATH与APP复配使用促进了—NH—结构的形成。拉曼测试表明,相比于单独使用,APP和ATH复配使用,炭层的石墨化程度更好,致密性更高。以上分析结合阻燃测试可以得出TPU/APP/ATH复合材料阻燃机制:ATH受热分解生成氧化铝,吸收热量并释放大量水蒸气,有效促进APP降解,生成不燃性的氨气和聚磷酸,氨气和水蒸气稀释可燃性气体的浓度。随着温度继续升高,氧化铝可继续与聚磷酸反应生成偏磷酸铝[Al(PO_(3))3],同步催化聚氨酯基体成炭,形成高度石墨化炭层,石墨化炭层与偏磷酸铝一起覆盖在基体表面,有效抑制燃烧区域物质以及能量的输运,从而达到阻燃目的。

聚乳酸/苯基次膦酸铈复合材料的制备及性能

采用简单方法合成苯基次膦酸铈(CeP),并将其作为阻燃剂加入聚乳酸(PLA)中,通过熔融共混技术制备聚乳酸/苯基次膦酸铈(PLA/CeP)复合材料。通过热重(TG)、极限氧指数(LOI)、UL-94垂直燃烧(UL-94)、微型量热(MCC)研究复合材料的热稳定性、阻燃性能和燃烧性能。通过阻燃测试发现,CeP能够提高复合材料阻燃性能,PLA/CeP20极限氧指数能达到24.3%并通过UL-94 V-2级别。热重分析的结果表明,CeP显著提高了PLA/CeP复合材料初始分解温度和成炭率。MCC测试结果表明,CeP能明显降低PLA/CeP复合材料火灾危险性。PLA/CeP20热释放速率峰值(PHRR)和总热释放(THR)分别为397 W/g和13.6 kJ/g,与纯聚乳酸相比,分别下降了13.9%和28.0%。因此,苯基次磷酸铈对聚乳酸具有良好的阻燃效果。

阻燃PLA复合材料的制备及其阻燃性能研究

采用熔融共混技术,将二乙基次膦酸铝(ADP)引入聚乳酸(PLA)中,制备了一系列阻燃聚乳酸复合材料(FR-PLA)。在此基础上,采用热重分析、极限氧指数、UL 94垂直燃烧、微型量热测试研究了二乙基次膦酸铝对阻燃聚乳酸复合材料热稳定性、阻燃性能以及燃烧性能的影响。结果表明,ADP可以有效提高复合材料的阻燃性能,30%(质量分数,下同)的ADP使得PLA/ADP30通过UL 94 V-0级别,极限氧指数达到31.6%(体积分数,下同); ADP使得阻燃PLA复合材料的初始分解温度降低,但明显提高复合材料的成炭性; ADP使得复合材料的热释放速率峰值明显下降,PLA/ADP30热释放速率峰值为290 W/g,相对于PLA下降37.1%,明显降低复合材料的火灾危险性。

澳大利亚焊接工字钢梁桥疲劳断裂事故分析

澳大利亚国王街大桥是焊接盖板的工字钢梁桥,1962年因盖板端部焊缝细节疲劳断裂垮塌,是最早的焊接工字钢梁疲劳破坏事故。从结构设计、钢材性能、焊接工艺、裂纹检测等方面分析疲劳断裂原因,并联合采用ANSYS和FRANC3D进行裂纹扩展分析,考虑腐蚀环境对疲劳寿命的影响。结果表明:由于钢梁应力水平高、焊接工艺不良、钢材断裂韧性低等原因,焊接盖板工字钢梁的盖板端焊缝疲劳开裂;运营过程中忽视裂纹检测,使得裂纹不断扩展,最终钢梁因疲劳断裂而垮塌。

聚乳酸/苯基次膦酸镧复合材料的制备及阻燃性能研究

采用简单方法制备了苯基次膦酸镧(LaP),并将其作为阻燃剂引入聚乳酸(PLA)中,制备了一系列PLA/LaP复合材料。采用热重分析(TG)、极限氧指数(LOI)、UL 94垂直燃烧、微型量热测试(MCC)等方法研究PLA/LaP复合材料的热稳定性、阻燃性能和燃烧性能。结果表明,LaP可以提高复合材料阻燃性能,30%(质量分数,下同)的LaP使得复合材料的极限氧指数达到24.8%,并通过UL 94 V-2级别;LaP可明显提高复合材料的热分解温度和成炭率;高添加量LaP可显著降低复合材料的热释放速率峰值(pHRR)和总热释放(THR),有效降低了复合材料的火灾危险性。

在役大跨悬索桥扩建方案与运营效果分析

1966年葡萄牙4月25日大桥建成后交通量持续增加以至于出现很多病害,1996年葡萄牙工程师历时三年对大桥进行了扩建,在不中断交通的情况下将原4车道公路桥扩建为6车道和双线铁路的公铁两用桥,原2根主缆上方各增设了1根辅助主缆,还更换了下层桁架和拓宽公路桥面,并安装结构健康监测系统。扩建工程虽造价高昂,20多年以来运营效果表明:新旧结构间的共同工作性能良好,病害很少,结构健康监测系统也可实时监测外部作用与桥梁结构响应,为大桥运营维护提供参考。该桥的扩建措施突破了悬索桥主缆不能更换的传统思路,至今仍是首创,可为今后在役悬索桥的维护改造提供了新思路。