固体力学研究方向范文1
关键词：纤维素酶；固定化；载体结合法；交联法
中图分类号：Q814.2 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-11-0046-1
0 前言
固定化酶（immobilized enzyme）又称固相酶，是将酶固定于水不溶性载体 ，即将酶锁闭于一定空间内，使其不溶于水溶液。固定化酶是21世纪发展起来的一项新技术，1916年Nelson和Griffin最先发现了酶的固定化现象后，科学家们就开始了固定化酶的研究工作。1969年日本一家制药公司第一次将固定化的酰化氨基水解酶用来从混合氨基酸中生产L-氨基酸，开辟了固定化酶工业化应用的新纪元。固定化酶的制备方法主要有三种：载体结合法、包埋法和交联法。目前应用得比较多的是载体结合法与交联法。
固定化酶与游离酶相比，具有不可比拟的优点，主要表现在：酶与产物易于分开，可以回收再利用，在经济成本上较优于游离酶；固定化酶可以改善酶的操作性能和稳定性；另外固定化酶不混入产物，可以精简分离工序等[1]。近年来，国内外对纤维素酶的固定用以改善游离纤维素酶性质的研究比较多，本文对近期用交联法、载体结合法等方法对纤维素酶进行固定的研究作一综述。
1 国外对纤维素酶固定化的研究概况
国外对纤维素酶固定化的研究开展得比较早。1997年Ge Y.Burmaa B.等[2]就开始同时固定化了纤维素酶和葡萄糖异构酶，结果发现固定化酶仍然保存了50%的初始酶活力。随后，F Bissett,B Sternberg（1978）[3]以壳聚糖为载体固定了黑曲霉产的β-葡萄糖苷酶。结果表明固定化酶以游泳酶具有更高的热稳定性，固定化酶与游离酶的最适PH相差不大但是在偏酸的环境仍有较高酶活等优点。B.A.Sm.K Havkine（2004）等[4]研究了固定在硅质支持物上的淀粉酶和纤维素酶的性质和功能。Yoshimot M（2006）[5]等优化了微脂体交联固定的纤维素酶水解纤维素的一些条件，探讨了最佳固定化方法。Jones PO（2009）[6]等研究了离子交联纤维素酶的结合量以及固定化该纤维素酶后其水解的一些性质。Tébéka IR（2009）[7]等研究了游离纤维素酶以及固定化纤维素酶的水解活性。国外对纤维素酶固定化的研究主要在于研究固定化酶的酶促动力学、水解特性等。
2 国内纤维素酶固定化的最新进展
我国的固定化酶研究开始于1970年，首先是微生物所和上海生化所的酶学工作者同时开始了固定化酶的研究工作，随后许多科研院所也逐渐开展了对酶固定化的研究工作[8]。在固定化酶研究初期，人们主要集中于各种制备方法的研究，近年来，人们的注意力已开始转向固定化酶与固定化细胞在工业，农业，医学，等方面的应用。鲁爱华（2009）[9]等分别以冻干壳聚糖微球和湿壳聚糖微球为载体，戊二醛为交联剂进行纤维素酶的固定化研究，并对2种固定化酶的热稳定性、米氏常数、重复利用次数、pH值加以对比分析。确定酶固定化的适宜条件为：0.03g冻干壳聚糖微球与10 mL4 g/L戊二醛交联4h后，加入10mg酶固定2h，酶活力回收率为96.3%；0.1g湿壳聚糖微球与10mL2 g/L戊二醛交联2h后，加入6mg酶固定4h，酶活力回收率为62.4%。与游离酶相比，2种固定化酶的米氏常数均降低；具有很好的热稳定性。冻干载体更易与酶分子结合，酶活力回收率高于湿载体固定化酶。刘志良（2010）[10]等用硅胶作栽体，戊二醛作交联剂，制备了固定化的纤维素酶。同时对制备固定化纤维素酶的偶联剂浓度、pH、给酶量3个影响因素进行了研究，通过正交试验优化得出最佳的固定化条件：交联剂戊二醛浓度为1%，固定化pH值为5，固栽量为每克载体100mg纤维素酶。裴哲、朱启忠（2010）[11]等从香菇中提取纤维素酶后，先后研究了以海藻酸钠、明胶为载体固定化纤维素酶的方法。结果表明，3种固定化酶较游离酶有更好的耐热性与pH值稳定性，其中交联包埋法固定化酶在重复利用性、与底物的亲和程度、酶的固定率等方面均优于直接包埋法和包埋交联法，在重复使用6次后，仍保持72.2%的酶活力。而明胶的最佳浓度为3.0，戊二醛浓度为1.0。与游离酶相比，固定化酶最适反应 pH向酸性方向移动了0.4，最适反应温度提高了5℃，并且固定化酶具有良好的贮存稳定性。张孟麒（2010）[12]等采刚Placken-Burman试验设计和正交试验设计对影响固定化纤维素酶活的因素进行了筛选和优化。探讨了纤维素酶、壳聚糖、乙酸、乙醇、戊二醛等试剂对固定化效果的影响。结果表明：壳聚糖、乙酸、乙醇浓度、酶浓度分别为15L、2.0%、40%、100%时，以壳聚糖为载体制备固定化纤维素酶的活力最高。
随着对纤维素酶固定化方法研究的深入，新型载体应用于纤维素酶的固定化以后，相信在不久的将来一定能够在现有基础上提高纤维素酶固定化的效率，为有效解决利用纤维素废弃物提供高效的酶。
参考文献（略）
项目基金：乐山师范学院自然科学基金（Z0924）。
固体力学研究方向范文2
关键词：铁路桥梁；斜拉桥；局部分析；子模型法；槽型梁
中图分类号：U448.27；U448.13文献标识码：A
斜拉桥结构体系包括漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系（塔梁通过固定支座相连）和刚构体系（塔梁墩刚接）[1].在300 m以下跨度的轨道交通斜拉桥中，为提高桥梁纵向刚度，多采用塔梁固结或刚构体系，且主梁多为预应力混凝土结构.刚构体系的优点在于结构整体刚度较大，避免了在塔柱上设置大型支座，无需临时支撑和体系转换，尤其适合悬臂转体施工.其缺点在于塔梁墩连接区域构造复杂，固结部位易出现较大应力，因此，对于采用塔梁墩固结的斜拉桥，除做整体计算外，还应考察局部节点的应力分布情况.
国内外学者对斜拉桥局部受力分析已经有了较为广泛的研究，文献[2-3]分别对大跨度钢桁梁（箱）梁斜拉桥的索桁（梁）锚固结构进行了受力性能研究；文献[4]对某公铁两用斜拉桥边桁整体节点进行了数值分析和模型试验；文献[5-6]研究了斜拉桥塔梁固结处的应力分布；文献[7]对斜拉桥桥塔钢横桁梁整体节点进行了试验模型研究和有限元分析.但既有研究对象多为钢桁（箱）梁和混凝土箱梁，而对于高速铁路槽型截面斜拉桥上塔梁墩固结区而言，其应力分布情况尚不明确.
本文以沪昆客运专线某槽形截面塔梁墩固结斜拉桥为工程背景，建立局部空间实体单元模型，分析塔墩梁墩固结区受力特点、应力分布规律和传力机理，并对构造细节进行比较研究.
1局部分析方法
结构局部受力分析方法主要包括子模型法和直接建模法[8].子模型法又称切割边界位移法，是在整体模型的基础上切割边界生成考虑了结构构造细节的子模型，将切割边界上的位移值施加至子模型上，通过对子模型网格细分进行受力分析[9].子模型技术理论严谨，但要求整体模型必须是全桥实体单元或壳单元模型.直接建模法则根据局部结构建立实体单元模型，从整体计算模型中取出位移或内力结果施加至局部模型上，通过验证局部模型与整体模型在相同位置处的计算结果保证局部模型的正确性.直接建模法的思想实质跟子模型是一致的，且由于其整体模型中能考虑施工过程、混凝土收缩徐变和预应力钢筋等因素，在工程实践中应用较多，本文即采用该方法.
2工程背景
3空间有限元模型
整体有限元模型见图3，主梁和塔柱采用空间梁单元模拟，拉索采用杆单元模拟，为正确模拟拉索的空间位置，主梁和塔柱拉索锚固位置建立刚臂形成鱼刺梁模型.
在隔离体范围内建立局部模型时须保证边界截面远离应力分析区域，对矩形梁而言，通常认为影响范围为一个梁高[12].本文局部模型横桥向取桥梁全宽，竖桥向沿主梁底板上下侧分别长为11 m和7.641 m，顺桥向沿桥塔中心线小跨侧长9.5 m，大跨侧长11.6 m.塔柱为矩形空心截面，单根塔柱顺桥向宽6 m，横桥向宽3 m；槽型梁宽10.8 m，梁高不超过3.7 m，隔离体范围均大于两倍梁高.力的边界条件以刚域形式施加（在边界截面的质心处建立主节点，截面其余节点与主节点之间形成刚域，荷载施加至主节点上）而非集中力，可消除边界处荷载分布不均匀的影响.
6结论
将斜拉桥槽型梁两侧边箱插入塔柱中形成塔梁墩刚接体系，可压缩结构尺寸，减小转体重量.在设计荷载作用下，该桥塔梁墩固结区其整体应力水平满足规范要求，并且应力水平相对于固结区范围以外截面较低，其结构设计合理.
固结区中心截面腹板和底板应力的分析结果表
明，槽型截面的存在使得固结区沿横桥向存在一定水平拉应力，建议在设计时应加强横向普通钢筋配置.
对槽型断面塔梁刚接的斜拉桥而言，槽型梁底板上缘与塔柱交接角处，以及内部纵向过人洞与竖向过人洞交接角处存在较大的应力集中现象.
在响应位置加设圆弧倒角，可使结构形状过渡平缓，能较大幅度地减小应力集中程度.建议工程设计及施工时应避免在塔梁墩固结区结构出现尖角和折角，可通过加设倒角等措施使结构过渡平缓.
参考文献
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固体力学研究方向范文3
关键词：现代道路工程 土壤固化 固化剂
中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0052-03
现代道路工程建设当中，通过对软弱土壤进行固化处理，不仅要满足施工要求，还要降低施工成本。随着软弱土壤固化技术的发展，它在现代道路工程建设中也会发挥着越来越大的作用。20世纪60年代以来，固化剂已经成为一种新型固化工程材料，并在国外被广泛应用和研究。固化剂相比较水泥而言有更好的社会效益和经济效益，固化剂己经在实际工程中取得成果。我国研究人员首先对国外土壤固化剂进行了研究和应用，随着研究的深入，国内土壤固化剂的相关研究有了更大的进步，在宁夏、广东、北京、公路中有广泛的应用[1]。
1 传统无机筑路材料的固化研究进展
无机筑路材料的固化研究开始较早，国外学者对此进行了大量研究。Shirazi等通过对水泥和粉煤灰混合进行实验并且判定加固效果，确定出二者的最佳配合比[2]；Bell在石灰和水泥中分别添加PFA试剂，探究了加固效果[3]；Kamon等研究了使用熟石灰和三氧化二铁的工业废渣对土壤进行加固时，加入一定量的含铝煤泥可以提高固化土的强度[4]。Zalihe通过实验得出了粉煤灰能增大或膨胀土壤的强度，减少其塑性[5]。Sivapullaiah等得出了在粉煤灰中加入硅粉可以，提高固化土的无侧限抗压强度的结论[6]。Miller GA研制出ISS土壤稳定剂（Ionic Soil Stabilizer），通过化学反应使得离子进行交换进而减少了土壤中的空气和水，所以，土壤不会因为水分和空气的体积变化而膨胀或收缩[7]。
20世纪80年代土壤固化技术引进国内以来，国内学者对土壤固化相关技术展开了研究并取得了一定的成果。汪稔[8]等通过对石灰桩加固机理进行了详的分析，认为生石灰和粉煤灰搅拌并且夯实成桩后，生石灰吸收水分体积变大、释放热量同时产生Ca（OH）2，再与含有较高SiO2、Fe2O3、Al2O3成分的粉煤灰发生水化反应，将会产生强度、水硬性、水稳定性等性能良好的水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化铁酸钙，提高了桩体强度。黄殿瑛研究水泥土添加硅粉后的相关变化，发现硅粉的火山灰效应与微粒充填效应[9]，此技术使得水泥硬化，水化向更好方向发展，提高了固化土的强度。
2 高分子有机类化合物及生物酶固化研究进展
随着土壤固化研究的深入，越来越多的新技术得到了推广与应用。在20世纪80年代，美国科学家发明了帕尔玛技术[10]，它是一种高效生物土壤稳定材料。近几年来，南非的CON-AID系列、Pansai系列、美国的Magic系列等高分子化合物获得了良好发展。Magic系列产品是一种高分子有机聚合物并且易溶于水，稀释比例为1∶1000。Pansai系列产品针对不同的土质规定了不同的稀释比，面对不同的土壤选择不同的试剂浓度，可以直接将试剂喷洒于土壤表面来进行固化。以上两种固化剂也有缺点，它们的水稳定性不够高，使用时可能造成加固土壤的强度分布不均匀[11-12]。
国内在有机类固化剂的相关研究中，与国外相比较还有很大差距，目前国内的研究还只是停留在实验室阶段。刘瑾等通过高分子聚合反应将丙烯酸等乙烯基单体合成了一种水溶性高分子土壤固化剂[13]，但是没有明确指出该固化剂的固化机理。王银梅等采用兰州大学开发的高分子类固化剂SH对黄土进行了试验研究，SH固化后黄土的韧性和抗水性能好[14]。邹斌将其他高分子材料加入到脲醛树脂中，脲醛树脂的浆液具有高强度和抗水性，将其掺入土体后提高了固化土的强度[15]。彭波在粉质粘土中加入一种以高分子表面活性剂为主的液体固化剂并且进行了固化研究[16]，并阐述了双电层理论固化土强度的形成过程，并且试验证明石灰固化土的效果不如该固化剂固化土。
在新型复合类土壤固化剂方面的研究，东南大学的黄晓明等以石灰、水泥、矿渣等一种或几种互配物作为主固化剂，选用胺基磺酸盐、碳酸钠、马来酸、硫酸铝钾、氟化钠、胡马酸、氢氧化钠和三乙醇胺等作为助固化剂，配制了一种TR型土壤固化剂[17]，通过试验证明路用性能良好。李迎春采用复合固化剂，分别对粘土和粉土进行了对比试验，发现粉土和粘土存在着活性物质被激发的现象，产生了CSH凝胶[18]。
3 土壤固化剂改性土料的性能研究进展
土壤固化剂改性土料作为基层填料时，除了保证路基整体的强度、刚度、稳定性之外，土料自身还应具有合适的力学性能，以保证设计年限内路基功能的正常使用。肖寒冰等设计了普通硅酸盐水泥、硅灰、熟石灰三元混料方案，实验表明，其提高了固化土7 d无侧限抗压强度[19]。关喜才等利用EWEC土壤固化剂进行固化土壤的研究，通过对深层软土地基的实验，结果表明软土变硬且该地基强度和水稳性均有显著提高[20]。Himes[21]等利用季铵盐等改良材料来处理此膨胀砂岩，结果表明基本消除了膨胀砂岩遇水膨胀的特点，并且遇水之后渗透系数基本不会改变。中国矿业大学马占国[22]和淄博矿业集团亓爱国等通过对某矿区松散煤矸石进行系统的压实特性试验研究，测定了煤矸石的侧压曲线、压实曲线，探究了颗粒度对压实特性的影响，总结了泊松比、轴向应变、弹性模量、横向应变等变形模量的变化规律，并分析了压实过程中的变形机理。张书立使用中路系列固化剂对沈阳地区广泛分布的粉土和风积砂进行固化实验研究，获得了较为全面的固化土路用性能相关指标，试验结果表明，对于沈阳地区的混合土，添加了ZL-3固化剂之后，土壤力学性能得到提高，达到了二级公路道路底基层或基层的技术标准[23]，对于缺乏筑路材料的施工地区，大大减少了运输距离，大幅降低了工程费用。
4 固化剂技术优势与存在问题
土壤固化技术优势明显，无论在技术性还是经济性都具有很的可行性，随着固化技术的发展，它在现代道路工程当中的应用会越来越广泛。同时，土壤固化剂作为一种新型土壤加固材料与传统的加固材料相比有着不同的特点，主要体现在以下几个方面。
（1）土体压缩效果较好。固化剂（尤其是液体固化剂）施工时很方便，它与土壤接触较均匀，反应较充分。
（2）固化剂与石料相比用量很少并且可以在施工工地制作，在减少运输和节约施工时间的同时大大降低了工程造价。
（3）固化剂的固结速度快，固化土强度高，同时固化土的抗干缩、抗渗性和抗冻性都好于传统的石灰稳定土和水泥稳定土。
5 结语
综上所述，可以确认土壤固化剂可以定向地改变原土料的力学性能，使土料更适合路基工程。但通过整理分析，也可以发现对于这些基础理论和应用技术的研究，尚存在一些问题有待进一步的探讨和研究，目前能够适应不同类型土体的土壤固化剂较少，不同种类的固化剂对不同类型的土体的加固效果差异也很大，固化剂的不普遍性导致了它不能规模化生产，严重制约了它的应用与发展。所以，需要加强对土壤固化的相关研究，使得土壤固化技术更好地应用于道路建设。
参考文献
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固体力学研究方向范文4
关键词：桥梁加固；粘贴加固技术；新材料；研究进展
提高混凝土桥梁结构承载能力的常用方法有：增大构件截面,表面粘贴加固,施加体外预应力,增设受力构件及改变结构体系等,其中前3种方法在工程实践中最为常见。施加体外预应力法是一种可靠的加固方法,能够较大幅度地提高桥梁承载能力及刚度,但施工工艺要求高、施工难度大；增大构件截面法在小跨径梁板桥、拱桥及少量构件补强等的应用中也可以获得良好的加固效果；大多数情况下,采用表面粘贴加固的方法能够满足桥梁加固的要求,与上述方法相比,具有施工简便快速、不增加(或很少增加)结构自重以及适用范围大、对环境干扰少等优点。
粘贴加固方法即采用化学粘结剂将补强材料直接粘贴在混凝土构件表面,使之与构件形成受力整体,以提高结构承载力的一种加固方法。近十几年来,粘贴加固技术在国际上的研究与应用发展迅速,从传统的粘贴钢板的应用研究正朝着粘贴纤维增强复合材料(FRP)的研究应用方向快速发展,我国在这一领域的研究与应用也已积累了大量的经验与成果。
1 粘贴钢板加固技术
粘钢加固技术的应用始于20世纪60年代末70年代初,法国、南非等国家首先采用该技术对混凝土结构进行加固补强,随后瑞士、日本、英国等国家相继采用,其中日本在1975年应用此项技术先后对200多座桥梁进行了加固,以提高结构承受重型交通荷载的能力,取得了较好的效果。实践证明,采用粘贴钢板补强的方法能有效提高结构的抗弯、抗剪及抗开裂性能。而正是由于该加固技术不改变结构外形等特点,在许多情况下替代了增大截面加固技术,成为20世纪80年代的一种先进加固方法,为设计人员所普遍采用。我国20世纪90年代初的中国工程建设标准化协会标准《混凝土结构加固技术规范》(CECS 25∶90)及交通部颁布的国家行业标准《公路养护技术规范》(JTJ073-96)都将此项技术列入推广。在这一领域,我国于20世纪80年代初就开始研制自主知识产权的结构粘贴用胶,加固材料的国产化大大降低了加固成本,有力地促进了粘贴钢板技术的发展。到目前为止,粘贴钢板加固法仍是混凝土桥梁加固的首选方法。
随着对此项技术研究应用的不断深入,该方法的一些不足逐渐暴露了出来。首先,钢板因遭受污染大气侵蚀等原因造成各种化学腐蚀而影响其加固效果,这使得后期的养护维修问题变得异常突出；再就是研究发现,粘贴钢板结构在承受长期动载下的抗疲劳性能不甚理想,这是由于钢板刚度较大,施工时的误差等原因使得结构使用中容易在粘结面上发生剥离脱空,特别是钢板端部更易发生剥离破坏,加固设计时一般需附加螺栓加以辅助锚固,这从一定程度上增加了施工难度并对原结构造成一定程度的损伤。
2 粘贴FRP加固技术的研究应用
纤维增强复合材料是以连续纤维浸渍在用于粘合纤维的聚合物中硬化后形成的。目前结构工程中常用的FRP材料主要是树脂基体的玻璃纤维(GFRP)、碳纤维(CFRP)和芳纶纤维(AFRP)等3种；FRP产品在外形上大概分为筋、片材、管材、型材等几种。各种FRP材料的力学性能参数变化范围很大,但都具有一些共同性质：高的强度重量比和刚度重量比率、拉断前为弹性、热膨胀系数低、各向异性、轻质、耐腐、无磁、良好的抗疲劳性及高的耐久性等。由于这些性质以及其产品应用于工程中可设计性强、施工简便及使用维护成本低等特点,使得FRP现在已成为国内外土木工程界中研究和应用的热点。FRP产品在土木工程中的应用可以分为2类：(1)用于现有结构的修复和加固；(2)直接用于增强新建结构。它们在工程中成功应用的基础是新的复合结构的概念和体系,并与传统材料如钢、混凝土结合起来,充分发挥了各自材料的优点。
2.1FRP加固技术发展简介
碳纤维作为一种高科技材料,最早主要应用于航空、军事等领域,以后逐渐发展到船舶、汽车及体育用品等领域。自20世纪80年代后期开始,欧洲一些国家以及美国、日本、加拿大等国一直在开展FRP加固结构技术研究工作并进行了大量的工程实例应用,各国的混凝土研究或管理机构相应制定了有关FRP加固结构设计及施工等方面的规范、规程、指南等。CFRP以其优异的物理力学性能而在FRP材料中备受推崇,并日益得到更广泛的应用。
我国在这一领域自20世纪90年代中期起步,业已取得了大量研究成果,相关标准正在编制中,其中《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》已于2001年完成报批稿,《结构加固修复用碳纤维片材》和《片材加固修复结构用粘结树脂》两项产品标准已完成征求意见稿,《高性能纤维复合材料应用技术规范》及《公路混凝土桥梁的加固技术规程(讨论稿)》也正在编制中。目前,FRP产品在我国的应用大多在工业与民用建筑物结构的加固修复中,这与其他国家不同。例如在日本,1987年~2000年共计应用CFRP600余万m2,其中41%的数量应用于桥梁的加固补强,其他国家应用FRP加固补强桥梁结构的数量也很大。我国近几年在FRP加固补强桥梁结构方面的研究应用正在加快发展步伐。
2.2 粘贴CFRP加固桥梁结构技术
目前,我国在桥梁加固方面主要是研究应用粘贴CFRP片材(碳布)加固技术。碳布根据纤维方向分为单向布和双向布2种,其中以应用单向布为主,其拉伸强度是等截面普通钢材的10倍或更高,弹性模量在(2.4~6.4)×105MPa,是一种较理想的混凝土结构加固补强材料。试验证明,碳布粘贴加固桥梁构件能大幅度提高梁板的抗弯、抗剪性能以及混凝土柱的抗压、剪、弯能力,并能显著提高桥梁构件刚度及延性(如抑制开裂、降低挠度等)。
与传统的粘钢加固技术相比,粘贴CFRP布加固技术的优势主要体现在：高强高效,可设计性强,适用范围广；基本不改变原结构外观,不会对原结构造成损害；运输、储存、施工更方便、快捷,更易保证施工质量而且后期维护费用低；其化学结构稳定,在耐候性、耐腐蚀性以及抗疲劳性能等方面的优良品质更是粘贴钢板所无法比拟的,并且实验表明其对结构有着良好的隔离氯化物离子的效果。
2.3FRP加固技术应用需注意的问题
(1)与传统结构材料不同,FRP材料通常表现为各向异性,例如上面提到的单向碳纤维布,它只在沿纤维方向上的强度和弹性模量较高,而在垂直纤维方向则很低,这是在加固设计时要充分考虑的问题。另外,部分FRP产品,如玻璃纤维等的弹性模量较低也是其作为结构材料的劣势,设计中要充分考虑。
(2)FRP材料的物理力学性能还有一个特点,就是其抗剪强度仅为其抗拉强度的5%~20%,这使得材料的连接成为突出的问题,设计中要充分考虑合理的连接方式、连接尺寸、连接位置以及尽量减少连接等。
(3)FRP产品的质量及其配套用粘结材料的可靠性是保证FRP粘贴加固技术成功应用的关键。首先,FRP材料编制生产的匀质性、材料拉伸强度等技术指标的离散性等,都对结构可靠度指标有很大影响(设计时要考虑指标折减)；其次是配套用各种树脂材料的粘结相容性等性能指标更是保证可靠粘结的关键,因为在FRP材料设计用量充足的条件下,粘结部位的剪切破坏是制约FRP材料性能充分发挥的最大因素,而且,FRP材料对环境变化的敏感程度远比FRP材料与混凝土之间的粘结面低,解决FRP材料加固混凝土结构耐久性问题的关键就是解决粘结面的耐久性问题。一些关于FRP-混凝土界面粘结剥离破坏形式下的耐久性能测试表明,使用不同的粘结材料,结构抗弯性能下降的幅度不同,分别在3%~33%之间。
(4)大量研究表明,虽然FRP材料本身的抗疲劳性能优于传统结构材料,但初始缺陷和工作环境对FRP材料抗疲劳性能的影响非常显著。在这一方面,除首先保证施工质量外,有一些问题还待进一步研究。
(5)施工控制和加固质量检验是粘贴加固工程中要认真对待的问题。例如施工时环境温度、湿度、通风条件等的控制,结构表面处理、粘结位置、粘结剂有效使用期和涂层厚度等的控制,养护方法及时间要求,以及现场正拉粘结强度试验等。因此要求尽量选择有经验的专业施工队伍并严格按设计要求施工并进行检测验收。
(6)与混凝土相比,一般FRP材料的防火性能较差,而且部分树脂材料在持续高温情况下会出现软化现象,并导致材料力学性能的降低。这一问题也应引起注意并加以深入研究。当然,桥梁结构对这一方面的要求相比建筑结构较少。
固体力学研究方向范文5
关键词：纤维增强复合材料；加固木梁；研究
一、背景和意义
中国传统木结构建筑是中国古代流传下来的建筑，它继承了中国文化几千年的主流，继承了中国民族的优良传统，具有历史、艺术和科学价值。但是由于环境侵蚀、时间久远等多方面影响，许多的木结构古建筑损坏得较严重，都亟待修复，而且还要保持原来的风貌。随着政府对文物历史维护的重视，古建筑的加固技术也得到了进一步的研究和加强。
近年来，专家学者研究和应用碳纤维复合材料的加固技术呈现快速增长的态势。由国内外的实验研究、工程实践的经验，纤维增强复合材料加固古木结构的关键在于碳纤维布的用量、种类以及与木材间的粘结性能。
随着科学技术的发展，以及新的材料广泛应用，FRP（纤维增强复合材料）的特性：强度高，便于施工，耐蚀性，防火性，几何可塑性，易于剪裁。用于粘贴在木结构的表面，加强木结构的强度，对于古建筑加固有着相当重要的意义。
二、国内外研究现状
上世纪90年代，科学家开始研究碳纤维布来加固木梁。Plevris和Triantafillou[1]把冷杉木梁用碳纤维加固的试验，并分析了buchanan的本构关系模型。Johns和Lacroix[2]用各种类型的碳纤维和玻璃纤维来进行加固木梁的试验，发现加固后的木梁的强度比未加固前提高40%-70%，说明用纤维材料加固可以有作用地改善木梁的受力性能。在国内，许清风等把碳纤维布贴在旧木梁的各个侧面，进行抗剪试验，因为古建筑建成已近80年，木梁损坏严重，由于边缘木木节发生弯曲破坏，使试验结果有较大离散，但木梁本身承载力和刚度有显著提高。
三、研究内容
研究内容是提供一种成本低，能延长梁体使用寿命，同时满足古建筑“修旧如旧，不改变古建筑原貌”的原则的纤维增强复合材料的加固木梁。
如图1所示，本纤维增强复合材料的加固木梁包括梁体1，为了能延长梁体的使用寿命，在梁体1上沿其轴向方向上设有碳纤维布2，本实施例的碳纤维布2层数为1～2层，其次，本实施例的碳纤维布2厚度为0.10cm。本实施例从根本上解决了梁体的承载力、刚度和耐久性较差等问题，满足对古建筑“修旧如旧，不改变古建筑原貌”的原则，易于推广应用。而且还延长了梁体的使用寿命。具体地说，本实施例的碳纤维布2通长包裹在所述的梁体1上。其次，碳纤维布2通过粘性材料固定在梁体1上。优化方案，这里的粘性材料为浸润树脂。
1：梁体 2：碳纤维布
如图2所示，本图同图1的结构及原理基本相同，不一样的地方在于：所述的碳纤维布2固定在所述梁体1的底面上。
1：梁体 2：碳纤维布
施工流程及应注意的事项：
固体力学研究方向范文6
关键词：固体核磁；各向异性；魔力转角；微观结构
中图分类号：TB324 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）09-0174-02
1 产生背景
①起源。核磁共振（NMR）现象源于核自旋和磁场的相互作用，最先在1945年由哈佛大学的Edward Mills Purcell和斯坦福大学的Felix Bloch分别独立观测到。为此他们获得1952年诺贝尔物理学奖。在核磁共振中，有许多核自旋的相互作用，每一种都可能包含着丰富的结构和动力学信息，加上能够定量分析且对样品无损伤以及可针对特定原子的特点，使核磁共振成为一种十分理想、强大的分析手段。
②发展（从液体核磁到固体核磁）。1946年美国Varian公司研制出世界上第一台超导磁场的核磁共振谱仪（HR-200型，200MHZ，场强4.74T）。1964年后，核磁共振谱仪经历两次重大的技术革命：其一是磁场超导化；其二是脉冲傅立叶变换技术。从根本上提高了核磁共振波谱仪的灵敏度，谱仪的结构也有了很大的变化。2004年布鲁克Biospin公司推出了全球第一款用于核磁共振领域的900 MHz主动屏蔽式超导核磁共振磁体产品900US2TMmagnet，是当时最高场强的主动屏蔽式磁体产品。从20世纪70年代开始，在磁共振频谱学和计算机断层技术等基础上，又发展起一项崭新的核磁共振成像技术，在医学临床上获得巨大成功。普通核磁共振波谱仪所测样品多为液体，物质的许多性质在液态时是无法观察到的，为此固体核磁技术应运而生。现在利用固体核磁共振技术研究高分子化合物可以表征材料的分子结构进而监视反应的进度，在矿物分析、表面吸附和表面化学反应方面也具有独特的优势。
2 基本原理
由于聚集态的差异使得固体和液体的物理性质不尽相同，为固体核磁技术的实现增加了难度。下面从两个方面来简单介绍固体核磁技术的实现。
如果我们将样品分子视为一个整体，则可将固体核磁中探测到的相互作用分为样品内部的相互作用和外加环境对样品的作用。
样品内部的相互作用。主要是样品内在的电磁场在与外加电磁场相互作用时产生的多种相互作用力，这主要包括：化学环境（分子中由于内在电磁场屏蔽外磁场的强度、方向等）；分子内与分子间偶极自旋偶合相互作用，对于自旋量子数I>1/2的四极核尚存在四极作用。
外部环境对样品的作用有。由处于纵向竖直方向的外加静磁场作用于特定的核磁活性的核上产生的塞曼相互作用，核子相对映的频率为拉莫尔频率；由处于X-Y平面的振荡射频场产生的作用与待测样品的扰动磁场。
在固体核磁共振实验中首先用强的静磁场使样品中核子的能级发生分裂，能级分裂后，处于高能级与低能级的核子数目分布改变，符合波尔兹曼分布原理：处于低能级的核子数目较多而高能级的数目较少，最终产生一个沿竖直向上的净磁化矢量。
此磁化矢量在受到沿x-y平面的振荡射频磁场作用后产生扭矩最终将沿竖直方向的磁化矢量转动特定的角度。在固体核磁共振实验中，由于分子处于固体状态从而难以使体系中的偶极自旋偶合作用通过分子热运动而平均化。同时，分子间偶极自旋偶合作用相对很强，通常静态条件下观察到的核磁共振谱往往是信息被偶极自旋偶合作用掩盖下的宽线谱。在固体核磁测试中，虽然质子的自然丰度与旋磁比都比较高，但是由于体系中质子数目多，相互偶极自旋耦合强度远高于稀核，例如13C和15N等，因此在大多数情况下固体核磁采用魔角旋转技术（MAS）与交叉极化技术（CP）可得到高分辨的杂核固体核磁谱。对于1H 必须采用魔角旋转与多脉冲结合方式（CRAMPS）将质子的磁化矢量转至魔角方向方能得到高分辨质子谱。
①魔角旋转。在静态固体NMR谱中主要展现的是化学位移各向异性、偶极自旋耦合和四极相互作用的信息，这些物理作用往往展现出的是宽线谱。如果在研究中对这些信息不感兴趣，而更多关注于化学位移与J-耦合时，可通过将样品填充入转子，并使转子沿魔角方向高速旋转，即可实现谱线窄化的目的。这是因为上述作用按时间平均的哈密顿量均含有因子（1-3cos2θ），因此如果将样品沿θ=54.7°（即正方体的体对角线方向）旋转时，上述强的化学位移各向异性、偶极自旋偶合和四极相互作用被平均化，而其他相对较弱的相互作用便成为主要因素，因此有利于得到高分辨固体核磁共振谱。
②交叉极化。对于13C、15N等体系虽然通过魔角旋转技术有效地压制了同核偶极相互作用，但是这些核的旋磁比很小，自然丰度比较低，如果采用直接检测这些核的实验方法将导致整个实验过程的灵敏度非常低。为进一步提高这些核的实验灵敏度，又发展了交叉极化技术。通过该技术可将1H核的磁化矢量转移到13C或15N等杂核上，从而提高实验灵敏度。交叉极化过程的详细物理解释需要采用平均哈密顿理论，在此不做描述。
③核去偶。固体核磁共振实验中采用高功率去偶技术是为了进一步提高图谱的分辨率与灵敏度。经过高功率照射后使原来存在偶极作用的氢与杂原子之间的作用消失，这样原来所呈现的多峰就合并为一个，使得谱线的强度增加，并且使谱图的重叠减弱，有利于识谱。但是不可避免的是在此过程中由于去偶技术的采用也使得反映有关原子周围的化学环境、原子间相对距离等信息被消除。
3 应用
固体核磁技术和液体核磁技术皆脱胎自核磁共振之基础，其本质是通过分析核磁共振谱线的特征，以达到测知物质结构之目的，谓之核磁共振波谱分析。更进一步的，固体核磁于生物大分子、材料学、有机合成领域，乃至更前沿的地质勘测和人脑研究，无非是把目前高度发展的电子信息处理技术加诸核磁共振波谱的结果之上，以得出更深层次的结论。以下是固体核磁技术几个具体的应用方向。
3.1 探索物质微观结构和理化机制
核磁共振谱技术是将核磁共振现象应用于分子结构测定的一项技术。对于有机分子结构测定来说，核磁共振谱扮演了非常重要的角色，核磁共振谱与紫外光谱、红外光谱和质谱一起被有机化学家们称为“四大名谱”。核磁共振技术发展得最成熟、应用最广泛的是氢核共振。除此之外C、P等核磁共振谱亦拥有各自的优势。目前利用高分辨核磁共振谱仪测定的有机化合物的核磁共振谱图早已逾十万种，许多实验室都出版了谱图集。
利用这些已有的技术条件，对反应物或产物进行结构解析和构型确定成为可能。更深层次地，合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等也可更加方便的得到探讨，并从微观上解释大分子的性质和结构的关系。最终根据动力学数据给出较确切的反应机理。
此外，利用固体核磁共振方法也可解决某些凝聚态物理范畴的晶体结构的问题，研究固体中分子的动力学和热力学性质。例如，利用固体核磁共振方法研究硅酸盐材料（如水泥、玻璃）的形成过程。
3.2 人类日常生活息息相关的方面
人类生活密切依赖于高分子材料，从睁开双眼开始，几乎所有的活动无可避免的涉及高分子材料。合成树脂、塑料、橡胶、纤维，乃至于必不可少的药物等，这些必需品的生产或多或少需要利用到固体核磁技术。
固体核磁共振技术在高分子聚合物和合成橡胶中的应用包括多元共聚物的定性和定量分析、异构体的鉴别、基团鉴别和规整性的分析等。
在药学中，固体核磁共振技术在活性药物化合物的筛选方面，凭借它极高的效率和准确性有着很大的应用前景。其中以分子为基础对活性药物的筛选是其它方法不可取代的。依靠固体核磁技术简便性、无损伤性和连续性，可以对人体之中的药物反应进行直接的观测，这对与药理学的研究有着极大的价值。
3.3 医学
医学领域是固体核磁最具价值的应用领域之一。由于人体中的大量碳水化合物，成熟的氢核磁共振成像技术以其在区分病变与正常组织的差异时表现的卓越能力格外引人注目。
核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。人体内含有非常丰富的水，不同的组织，水的含量也各不相同，如果能够探测到这些水的分布信息，就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像。
作为少有的精确快速而又对人体无害的医学检测手段，有数据显示：全球每年有接近一亿的病例利用核磁共振成像技术进行检查。值得瞩目地，固体核磁技术在对大脑等软组织的有很强的分辨力，不仅仅能够显示有形的实体病变，而且还能够对脑、心、肝等的功能性反应进行精确的判定。
然而，固体核磁技术也面临自身的局限。作为解剖性影像诊断，固体核磁技术在一些病变方面显得捉襟见肘。同时核磁仪器的昂贵成本亦限制其应用。此外，固体核磁仪器的发热问题也是其在生物医学方面面临的挑战之一。概言之，在医学领域固体核磁技术已初显成效，但仍面临诸多挑战。
4 前景
固体核磁技术在材料学和生化机理等领域的研究为人类的生活提供了大量实际的便利，它甚至还有更具历史意义一面：人类从未停止探索生命的起源和去向，随着固体核磁技术对于人脑的研究，或许人类即将获得“智慧从何而来”的答案。利用固体核磁共振研究生物体的细微理化机制或许就是人类打开生命奥秘的钥匙。
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