持续荷载作用下疲劳损伤混凝土梁的变形性能分析

为明确往复荷载和持载作用下混凝土梁变形的发展规律,本文通过弯曲疲劳加载引入疲劳损伤后采用堆载法对4根梁进行堆载徐变试验,研究疲劳损伤对梁受压区混凝土的徐变发展规律和持续荷载作用下梁变形性能的影响。研究结果表明:相较于无损梁,疲劳损伤梁受拉区混凝土最大裂缝宽度、受压区混凝土总应变和总挠度更大,且在堆载作用下的发展速率更快,随着疲劳损伤程度的增大,各指标也有增大的趋势;疲劳作用促进了混凝土微裂缝的产生和发展,提前并加速了梁徐变变形的发展,导致前期疲劳加载就已产生了部分徐变应变和徐变挠度;基于试验结果建立了疲劳损伤梁受压区混凝土总徐变应变和梁徐变挠度计算模型,发现疲劳循环寿命比为0.025、0.15和0.60时的疲劳残余挠度分别相当于无损梁128、800和1180 d的徐变挠度。

寒区混凝土构件连接螺栓张紧力的松弛行为

螺栓连接具有施工快速、连接可靠的技术优势,已成为混凝土结构连接的主要方式之一。寒区环境下螺栓连接部位的混凝土会受到冻融循环的影响,分析混凝土材料冻融损伤对螺栓张紧力的影响具有工程意义。基于光纤传感技术对螺栓连接部位冻融过程进行了螺栓张紧力的全过程监测。研究结果表明:抗冻性能差的混凝土会引起预紧力大幅降低,并且由于孔内结冰膨胀的原因,螺栓和混凝土之间若存在4 mm间隙,则螺栓连接部位经历3次~6次冻融循环后出现脆性破坏。研究结果对冻融环境下装配式结构螺栓连接部位的耐久性和安全性设计提供了科学依据。

基于分布式光纤传感的混凝土裂缝识别与监测试验研究

钢筋混凝土结构的裂缝宽度超过规范限值后会引起渗水、钢筋锈蚀等问题,破坏混凝土结构的整体性和安全性。结构裂缝监测是评估结构安全性的重要依据之一,分布式光纤裂缝监测技术(BOTDA/R)可有效避免点式检测空间不连续造成的漏检现象。本文根据钢筋混凝土结构裂缝形成机理和前期研究提出的斜交光纤组裂缝监测方法,对混凝土裂缝光纤监测进行了参数敏感性分析。分析结果表明采用斜交光纤组可跟踪监测宽度大于0.04mm以上的裂缝发生及开展过程。依据分析结果,本文改进了光纤布设方式监测混凝土微裂缝,实现了微裂缝的发生及开裂路径的监测。本文通过钢筋混凝土梁的静载试验,分别验证了梁侧全面粘结光纤的微裂缝识别和梁底斜交光纤组的裂缝宽度跟踪监测的有效性。

分布式光纤传感器应变传递性能分析及试验研究

分布式光纤传感技术是一种新型光电监测技术,可实现应变、温度的长距离分布式检测,适用于土木工程结构的健康监测。应变量测的准确性是进行结构健康诊断和评估的关键,其中影响分布式光纤传感技术应变测量精度的因素除了设备自身性能,还与感应结构应变信号的分布式光纤传感器的应变传递性能有关。从理论上分析了传感光纤特性、粘结剂物理性质、传感器结构特征对分布式光纤传感器应变传递性能的影响,并通过传感器标定试验对各影响因素进行了定量分析。结果表明,理论分析和试验研究均有效揭示了分布式光纤传感器应变传递性能同各物理参数之间的关系,可为工程应用中传感器的优化设计进行指导。

基于分布式光纤的钢筋混凝土锈胀开裂监测试验研究

氯盐引起的钢筋混凝土锈胀开裂是影响结构耐久性的主要病害之一,对锈胀开裂进行全过程监测是评估结构的剩余使用寿命和做出维修决策的关键。分布式光纤传感技术是一种新型光电监测技术,可实现腐蚀环境下的应变、温度的长距离分布式检测,适用于钢筋混凝土锈胀开裂监测。本文基于钢筋混凝土锈胀开裂的力学原理,设计了钢筋混凝土锈胀开裂全过程的分布式光纤传感监测技术,通过内压加载模拟试验标定了光纤应变和混凝土膨胀、裂缝之间的对应关系,最后采用通电加速试验验证了本文提出方法的有效性。结果表明,分布式光纤传感技术能实时跟踪监测锈胀开裂全过程,监测数据可用于判断初始开裂发生的时间点,由标定试验获取的应变/裂缝系数可实现锈胀裂缝的宽度估算,为工程结构养护管理提供决策依据。

氯盐侵蚀钢筋混凝土锈胀开裂监测及预测方法

采用分布式光纤传感技术(BOTDA)和时间序列分析相结合的方法,对钢筋混凝土锈胀开裂程度进行监测和预测,并通过通电加速锈蚀试验对该方法进行有效性验证.结果表明:分布式光纤传感技术可稳定、准确地获取混凝土的锈胀信息,同时结合时间序列分析方法可有效预测混凝土锈裂时间和位置.

新型埋入式长距离应变光纤传感器研制及性能研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术可检测长距离光纤沿线的分布式应变和温度,非常适用于结构健康监测。但如何保证传感光纤在铺设及后期监测过程中的安全性是其应用于土木工程领域的关键问题。介绍了一种新型埋入式长距离光纤传感器的研制方法,首先在结构施工过程中根据监测网设计预埋微管,再通过气吹技术将传感光纤铺设至微管内部,最后利用真空辅助灌浆技术将水泥净浆灌入微管以固定传感光纤。通过理论分析和实验研究分别对影响该光纤传感器性能的填充层厚度、微管物理特性等因素进行了分析研究。分析结果表明埋入式长距离光纤传感器应变测量精度随外径减小、微管弹性模量增大而提高。标定试验结果表明各传感器工作性能和理论分析结果一致,均能准确感应结构内部应变信息。

土木工程专业英语实践环节的教学改革

文章针对目前土木工程专业英语教学中存在的问题,提出实践环节的教学改革,以专业知识获取为切入点,运用完善的文献检索系统,达到专业英语能力培养的目的。结果表明,通过设置合理的实践环节可有效激发学习兴趣,培养学生获取英文专业知识的能力,以此改善专业英语教学质量,培养应用型人才。

氯盐侵蚀钢筋混凝土锈胀模型的动态修正

针对现有预测模型中参数难以确定,导致预测精度不足的问题,采用分布式光纤传感技术对混凝土锈胀全过程进行实时监测,并基于监测数据对解析模型中的关键参数——铁锈膨胀率进行反演算,建立了可动态更新的钢筋混凝土锈胀全过程预测模型.

基于连续介质损伤力学的坑蚀高强钢丝疲劳寿命预测

为了研究坑蚀高强钢丝疲劳寿命,通过6根无锈蚀钢丝疲劳试验标定了CDM模型参数,利用ABAQUS的二次开发平台UMAT编写钢丝材料本构程序,并且进行了坑蚀钢丝疲劳试验验证模型。结果表明,对不同蚀坑尺寸以及应力幅下的坑蚀高强钢丝疲劳寿命预测值与实验值误差在±20%以内。

土木工程结构试验实践环节自主学习的探索

随着土木工程科技化程度的提高和服役结构性能的降低,对工程结构进行试验研究越来越重要。随着信息技术的发展,工程结构试验过程也逐渐依赖网络进行设备、材料的购置,该方式可引入土木工程结构试验的课程教学中。传统土木工程结构试验教学方法以课内理论和试验为主,学生缺乏独立思考的空间。文章提出设置网络信息平台进行试验材料购置的实践环节,通过网络的互动,增加学生试验参与度,增强学生对结构试验的认识。

基于分布式光纤传感的文物保护全过程应变监测方法

文物保护中的安全监测是一项复杂而重要的工作,为了确保具有千年历史的独木舟从出土到馆藏过程中的结构安全,提出了采用分布式光纤传感的全过程应变监测方法。首先结合工程实际情况,确定整体分布式光纤监测方案,优化了光纤的布设方法。通过分布式应变监测数据评估了加固保护和翻转过程对舟体的影响。监测结果表明,分布式光纤传感能有效地捕捉各过程的结构应变变化,分析表明该文物保护过程中舟体处于安全状态。实际工程应用也验证了分布式光纤传感技术在文物结构安全保护过程中的有效性,该方法具有极大的推广价值,能有效提高现有文物挖掘保护水平。

土木工程结构试验生产性环节的教学改革与实践

针对土木工程结构试验教学过程中生产性试验的教学内容设置较少,存在生产性概念不清晰、试验系统性不足、规范的利用率低等问题,该文以钢筋混凝土耐久性检测与评估为例详细阐述土木工程结构试验课程中生产性环节的实践过程。实践表明,通过在教学过程中引入生产性试验环节,提高了学生的自主学习能力,培养学生进行生产性试验的能力。

混凝土梁内坑蚀钢筋的疲劳断裂特性及其压磁表征研究

文章开展带蚀坑纵筋的混凝土梁疲劳试验,实时测量和分析坑蚀钢筋的压磁信号。研究结果表明:纵向钢筋在跨中蚀坑处的脆性断裂引发梁的疲劳失效,蚀坑会严重降低混凝土梁的疲劳寿命;跨中挠度、混凝土压应变和压磁信号均符合疲劳三阶段的变化规律,压磁滞回曲线变幅能够反映梁中坑蚀钢筋的疲劳损伤进程。基于断裂力学方法预测了梁内坑蚀钢筋的疲劳裂纹扩展过程,并通过建立压磁信号和钢筋蚀坑处应力强度因子的定量关系获取混凝土内坑蚀钢筋疲劳裂纹扩展速率,发现断裂力学方法和文章压磁方法预测的裂纹扩展结果基本一致且压磁信号对混凝土梁内坑蚀钢筋疲劳裂纹扩展很敏感。研究结果有望为基于压磁方法评估锈蚀钢筋混凝土梁疲劳损伤提供依据。

双向电渗对钢筋混凝土修复效果的试验研究--保护层阻锈剂、氯离子和总碱度的变化规律

为提高氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构的无损修复效果,对受氯盐侵蚀的钢筋混凝土试件采用双向电渗技术,在排出氯离子的同时向混凝土保护层内引入阻锈剂.为考察该技术的修复效果,采用有机元素分析法和自动电位滴定法,结合电流密度、通电时间、水灰比、初始氯盐掺量4个影响因素,研究混凝土保护层内阻锈剂、氯离子分布的变化情况,并对保护层的总碱度进行测量;同时设置电化学除氯组作为对照.结果表明:双向电渗处理后试件保护层内氯离子含量降低,总碱度提高;通过对各参数的合理控制,阻锈剂迁移至钢筋表面的浓度足以起到较好的阻锈效果.双向电渗的效果随电流密度、通电时间、试件水灰比的增加而提高,而受初始氯盐掺量的影响较小.双向电渗在对混凝土氯离子迁出和总碱度提高的效果方面与电化学除氯有所差异.在双向电渗后,Cl-质量摩尔浓度沿着保护层厚度方向由内向外成增高趋势;而电化学除氯后整个保护层内Cl-质量摩尔浓度分布相对均匀.对保护层碱度变化来说,两种处理方式效果接近.

结构裂缝的分布式光纤监测方法及试验研究

结构裂缝监测是评估结构安全性的重要依据之一,分布式光纤裂缝监测技术可有效避免点式检测空间不连续造成的漏检现象,且易于实现自动化监测。该文提出了布里渊光频域分析计(BOTDA)结合斜交光纤组的裂缝监测方法,通过几何分析得到了光纤应变和裂缝宽度及开展方向的理论模型,并采用标定试验建立了由光纤测试应变反算裂缝宽度及开展方向的数值方程。同时开展了光纤裂缝传感器标距和预拉力大小对测量精度影响的试验研究,并标定了300mm标距的光纤裂缝传感器实测应变和裂缝宽度及夹角的定量关系。最后通过裂缝模拟试验对裂缝开展进行了跟踪监测,结果表明斜交光纤组能有效得到光纤与裂缝之间夹角值并实时监测裂缝宽度变化。

基于试验的徐变模型修正及桥梁线型分析方法

针对有限元软件中考虑徐变作用时直接选用规范值导致模拟结果精度不足的问题,提出先进行混凝土受压徐变试验,后将试验数据应用于有限元软件进行模拟分析的方法。基于鲍罗克斯和内维尔建立的徐变预测经验式,在短期试验数据的基础上进行修正,得到适用于笔者C55混凝土的长期徐变预测模型。研究结果表明:现有徐变预测模型与试验实测徐变发展规律之间存在一定的差异性,该差异会对桥梁线型模拟结果造成显著影响,且影响会随着时间增长而增大;建立长期徐变预测模型时,适当增加短期试验时间,可有效提高预测精度。

基于多边界切割插值的改进子模型分析方法

应用传统子模型技术进行结构的有限元分析,可以提高计算精度,得到局部的精确解,但仅适用于切割边界为体单元和壳单元的模型,当有其他类型单元通过切割边界时将产生很大的误差。本文对传统子模型技术及存在的问题进行了系统分析,提出了多边界插值方法和改进多边界插值方法,并应用于深水张力腿平台的整体模型和子模型分析,探讨了传统边界插值方法、多边界插值方法和改进多边界插值方法的计算精度。计算结果表明,相比传统边界插值方法,多边界插值方法具有更高的计算精度,随着内外切割边界距离的增大,误差逐渐减小并趋于稳定;改进多边界插值方法能进一步提高内外切割边界距离较小时的计算精度,可以满足梁单元通过切割边界的情况,拓宽了子模型技术的应用范围。

双向电渗对钢筋混凝土的修复效果实验——保护层表面强度变化规律

为了实现对钢筋混凝土试块的修复,采用基于电迁移原理的双向电渗技术研究试块保护层表面的强度变化规律.测量不同通电参数、水灰比、初始氯盐掺量、表面碳化情况下试块保护层的表面强度,并将其与电化学除氯后的试块进行比较,探究双向电渗对保护层表面强度的修复效果.采用压汞实验对试块保护层的孔隙结构进行研究,对比经过不同时长处理后试块保护层孔隙特征的变化.结果表明:试块在经过双向电渗处理后,保护层的表面强度降低,下降幅度随电流密度和通电时间的增加而增大;试件表面强度降低的程度与水灰比、初始氯盐质量分数以及表面碳化均存在相关性;保护层孔隙率下降程度较大,有害孔隙与无害孔隙均有减少.

基于BOTDA的钢筋应力实时监测方法

提出一种将分布式应变传感光纤技术用于钢筋混凝土中钢筋应力监测的方法,能在较短施工期内将分布式光纤传感器准确埋入混凝土内部,对钢筋的应力水平进行长期实时监测,确定混凝土结构的工作水平,更好地预测结构的耐久性.分析传感光纤应变与钢筋应变的转化关系,为提高分布式传感器的空间分辨率,提出盘绕方式的光纤黏结方法,对盘绕弯曲曲率的影响进行分析.通过简支梁的全过程受力试验,比较了传统应变片和分布式传感光纤的测量结果,并对光纤不同的黏结方式进行对比,验证了该方法的可行性和有效性.