基于卷积神经网络的无人机成像桥梁裂缝检测方法研究

针对桥梁裂缝病害检测困难、裂缝宽度计算精度不高的问题,提出基于卷积神经网络的无人机成像桥梁裂缝检测系统,获取桥梁裂缝图像并提取裂缝,精确计算最大裂缝宽度。该系统改造无人机实现对桥梁底面和侧面图像的采集。首先采用神经网络模型筛选出裂缝图像;然后根据所采集到的图像特点,搭建基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的裂缝滑动窗口检测(Slide Crack Detection,SCD)模型,进行图像的小窗口滑动识别以提取裂缝,并与采用基于裂缝图像统计特征的改进中值滤波去噪算法对比裂缝提取效果;最后提出裂缝分类及最大裂缝宽度计算方法,并与裂缝实测结果进行对比。结果表明:该无人机成像桥梁裂缝检测系统对裂缝图像的扰动小,裂缝提取效果更精确,该系统检测并计算的最大裂缝宽度相对实测结果误差在0.05 mm以内,满足桥梁裂缝检测要求。

大尺寸钢筋混凝土异形板梁桥开裂机理与对策分析

目的分析大尺寸钢筋混凝土异形板梁桥的开裂机理,通过改变支座约束方式来提高异形板梁桥的抗裂性能,降低大尺寸钢筋混凝土异形板最大裂缝宽度。方法模型分析中施加自重、收缩徐变和车道荷载,分析上述荷载下异形板梁桥的变形、支座反力、结构应力和受拉损伤分布等特征;同时引入最大裂缝宽度计算公式,对异形板的开裂特征进行分析。结果上述荷载作用下,异形板斜向布置的支座之间的挠度较大,支座未出现超载或脱空。此外,异形板底面应力水平比顶面更高;混凝土受拉损伤分布与支座布置形式有紧密关系。结论通过对支座约束方式进行合理的调整,可以有效优化异形板梁桥的抗裂性能,最大裂缝宽度减小幅度为32.8%。

HRB600级钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

为研究配置HRB600级钢筋混凝土梁的抗弯性能,文章设计制作12根不同配筋率的HRB600级钢筋、C50混凝土梁,采用三分点静力加载的方式,对试件的破坏形态、钢筋强度设计值取值、极限承载力、跨中挠度及裂缝宽度等进行试验研究。结果表明,配置HRB600级钢筋混凝土梁的受力形态、破坏模式与普通钢筋混凝土梁相同,其极限承载力仍然可以按照相关规范公式进行计算;建议对于受弯构件,HRB600级钢筋的屈服强度标准值取600 MPa,抗拉强度设计值取520 MPa,抗压强度设计值取435 MPa;对比跨中挠度实测值与相关规范计算值,发现两者在正常使用阶段吻合良好;试件实测最大裂缝宽度值比相关规范计算值大,在此结果基础上提出最大裂缝宽度调整系数k,对短期荷载作用下最大裂缝宽度计算公式进行修正,调整后得到的计算值与实测值吻合度较高。

考虑多影响因素的配筋UHPC梁裂缝宽度计算方法

为建立适用于配筋超高性能混凝土(UHPC)梁的裂缝宽度计算方法,对8片UHPC-T形梁开展了四点抗弯试验,分析钢纤维体积分数、配筋率及保护层厚度对裂缝宽度的影响规律.基于钢筋-UHPC协同受力和变形协调机理,采用半理论半经验法构建了能综合反映多影响因素的最大裂缝宽度计算公式,并提出了适用于UHPC梁的钢筋应力、应变不均匀系数及平均裂缝间距计算方法.结果表明:在试验范围内,裂缝宽度随纤维体积分数、配筋率的提高而减小,随保护层厚度增加而增大;UHPC梁的钢筋应变不均匀程度大于普通混凝土梁;平均裂缝间距计算值与文献实测值最大相对误差为11.17%,最大裂缝宽度计算值与实测值、文献实测值之比的均值分别为1.02、1.01,变异系数分别为0.05、0.12,表明所提出公式可准确计算配筋UHPC梁的最大裂缝宽度.

SFCB珊瑚混凝土梁开裂性能及计算方法研究

通过对不同混凝土强度等级、钢-连续纤维复合筋(steel-FRP composite bar,SFCB)配筋率的珊瑚混凝土梁进行正截面抗弯性能试验,研究SFCB珊瑚混凝土梁的裂缝开展过程与规律、平均裂缝间距、最大裂缝宽度等,提出了SFCB珊瑚混凝土梁平均裂缝间距及最大裂缝宽度的计算公式。结果表明:SFCB珊瑚混凝土梁裂缝宽度在加载初期发展缓慢,接近极限荷载时,纯弯端主裂缝宽度不断变大,梁最终发生弯曲破坏;增大SFCB配筋率,梁平均裂缝间距减小,而增大珊瑚混凝土强度等级,梁平均裂缝间距增大;随着SFCB配筋率的提高,梁最大裂缝宽度扩展逐渐减慢,抑制了裂缝的发展;提高珊瑚混凝土强度的等级,梁最大裂缝宽度变化较小;基于试验数据,提出了梁平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式,理论值与试验值吻合良好。

超高强钢筋混凝土梁在静态加载下的抗弯性能试验

为研究配置超高强钢筋混凝土梁的抗弯性能,设计制作11组不同钢筋强度、混凝土强度、配筋率的钢筋混凝土梁,采用四点弯曲静力加载的方式,对试件的破坏形态、弯曲响应、屈服荷载、极限承载力及裂缝宽度等进行试验研究。结果表明,加强钢筋的强度可以提高钢筋混凝土梁的最大承载能力;增加混凝土强度对梁的抗弯承载能力影响相对较小;增加纵向钢筋配筋率能够明显提高钢筋混凝土梁的抗弯承载能力;HTRB600/700超高强钢筋混凝土梁在受力形态、弯曲响应和破坏模式方面与普通钢筋混凝土梁相同,其屈服荷载和极限承载力仍然可以按照相关规范公式进行计算;对于受弯梁构件,HTRB600级钢筋的抗拉强度设计值建议取520 MPa,HTRB700级钢筋的抗拉强度设计值建议取610 MPa;在短期荷载作用下超高强钢筋混凝土梁试件实测的最大裂缝宽度值比相关规范计算值大,因此提出了一个最大裂缝宽度调整系数k并进行了计算公式的修正,经过调整后得到的计算值与试验实测值吻合度较高。

钢-UHPC组合板受弯性能的试验研究

提出钢-UHPC轻型组合桥面系,以消除正交异性钢桥面铺装层易损和钢桥面板疲劳开裂两类病害。为探究该组合桥面系在局部轮载作用下的横向受弯性能,对10块钢-UHPC组合板进行试验研究与理论分析。试验结果表明：负弯矩作用下,组合板的弹性阶段取决于UHPC的弹性性能;保护层厚度与截面配筋率对UHPC开裂影响十分显著;纵向配筋率越高,纯弯段裂缝分布越密集;当裂缝宽度小于0.2mm时,荷载与最大裂缝宽度关系近似线性;破坏形态为UHPC层受拉断裂。正弯矩作用下,组合板的弹性阶段取决于钢板与UHPC层界面的自然黏结强度;纯弯段裂缝间距几乎与横向钢筋的间距相同;在极限荷载前,荷载与最大裂缝宽度关系近似线性;钢板将纯弯段UHPC最大裂缝宽度有效限制在0.2mm左右;破坏形态为剪跨区栓钉被剪断。按截面换算法计算UHPC的开裂强度为18.1~32.7MPa,满足工程要求;按塑性分析方法计算钢-UHPC组合板的抗弯承载力,与试验值吻合较好。

基于试验数据分析的FRP筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度计算方法

由于FRP筋为非金属材料,耐腐蚀性能好,我国规范规定FRP配筋混凝土受弯构件的最大裂缝宽度限值放宽至0.5 mm。但规范中的最大裂缝宽度计算公式仍然沿用普通钢筋混凝土规范中的计算公式,公式中的参数取值未经过试验数据的校核,公式适用性存疑。为此,该文从最大裂缝宽度的计算原理出发,借助近年来文献中完成的FRP筋混凝土受弯构件的实测数据,对相对黏结特性系数νi的取值、裂缝间受拉FRP筋应变不均匀系数ψ的计算、最大裂缝宽度与平均裂缝宽度的比值系数τs、长期荷载下的裂缝宽度增大系数τl以及裂缝间混凝土受拉对裂缝宽度的影响系数αc等进行了全面的校核和修订。该文提出的修正的最大裂缝宽度计算公式具有更高的可信度和合理性,可为我国规范的修订提供参考。

预应力CFRP板加固混凝土梁的抗裂性能

预应力碳纤维(CFRP)板加固混凝土梁可以有效地提高梁的抗裂度并减小梁的裂缝宽度,但我国现行规范以及ACI 440.4R-02规范中都没有相关的预应力CFRP板加固混凝土梁的设计条款。通过理论分析,得出了预应力CFRP板加固混凝土梁的抗裂度计算公式;考虑了CFRP板与普通预应力钢筋形状、粘结面等的差异,对我国《混凝土结构设计规范》中有关受弯构件最大裂缝宽度的计算公式进行了修正。基于提出的公式,对预应力CFRP板加固混凝土梁的单调静载试验结果进行计算对比,结果显示吻合良好。

钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法的比较

对国内外规范采用的裂缝宽度计算公式进行了比较分析。此外,根据国内外大量的受弯构件裂缝宽度试验数据,对这些裂缝宽度计算公式的精度进行了计算和比较研究。基于对比分析结果,结合大量的受弯构件裂缝宽度试验数据,对采用GB50010-2002《混凝土结构设计规范》的裂缝宽度计算模式,建议了受弯构件钢筋水平位置处及受拉表面裂缝宽度计算公式,该公式的计算结果与试验数据吻合较好。

聚丙烯纤维混凝土梁裂缝发展的试验研究与模型计算

为探究PP-ECC梁在弯曲荷载作用下的裂缝发展规律,制作了8根PP-ECC梁和2根RC梁,首先通过四点弯曲加载研究了其裂缝发展形态、裂缝宽度和延伸高度,并与RC梁进行对比;然后,在考虑梁构件受弯时ECC的抗拉能力的基础上,基于粘结滑移理论和平截面假定建立了裂缝平均间距模型、裂缝最大宽度模型及裂缝最大延伸高度模型,并通过模型计算结果与试验结果的对比对各模型的合理性和准确性进行了验证。结果表明:PP-ECC梁在单轴拉伸时具有明显的应变-硬化特性,呈现多条微裂缝发展的破坏模式;PP-ECC梁在弯曲荷载下的裂缝数量显著多于RC梁,且裂缝发展贯穿整个试验过程;PP-ECC梁主裂缝宽度和延伸高度均小于RC梁,且随荷载增加而呈现较均匀的发展状态;基于粘结滑移理论建立的PP-ECC梁裂缝平均间距模型的精度系数在0.95~1.05之间,裂缝最大宽度模型的精度系数在0.85~1.2之间,基于平截面假定建立的裂缝最大延伸高度模型的精度系数在0.95~1.1之间。

钢筋混凝土梁裂缝相似性与计算方法

结合结构仿真模型试验相似理论,依据裂缝宽度计算理论与试验数据统计分析,分别推导出钢筋混凝土梁平均裂缝间距与最大裂缝宽度的相似比计算公式。通过二组二维相似及1组3维相似的钢筋混凝土原型梁与模型梁实测平均裂缝间距与最大裂缝宽度的对比试验,研究了本文计算方法的适用性。实现了由模型钢筋混凝土梁的裂缝分布和宽度反演到原型梁的目的,为钢筋混凝土变态仿真模型试验设计提供了科研依据。

超高韧性水泥基复合材料自愈合研究进展

在总结了最近几年国内外相关研究进展的基础上,对超高韧性水泥基复合材料(ECC)及裂缝自愈合进行了综述。着重介绍了裂缝自愈合的最大允许宽度限值以及自愈合机制。提出利用ECC所独具的对裂缝宽度的可控性及紧密细小的微裂纹、较低的水胶比及矿物掺合料的二次水化效应可实现其良好的自愈合特性。最后指出该研究领域所面临的挑战及今后的研究方向,为ECC裂缝自愈合的研究提供有价值的理论参考。

钢筋碱式硫酸镁水泥混凝土梁抗弯性能试验研究

为了探讨碱式硫酸镁水泥混凝土梁受弯状态下的力学性能与普通混凝土梁的异同,本文通过对16根不同配筋率、不同强度等级的碱式硫酸镁水泥混凝土梁进行抗弯试验,研究其正截面受力全过程和破坏形态。试验结果表明:平截面假定仍然适用;碱式硫酸镁水泥混凝土梁的破坏形态及承载力-挠度曲线与普通硅酸盐混凝土梁相似;碱式硫酸镁水泥混凝土梁开裂弯矩比普通混凝土梁高约20%;本文的碱式硫酸镁水泥混凝土梁抗弯承载力计算模型,考虑了受拉区混凝土的贡献,按构件整体截面在受荷过程中抗弯性能的降低来考虑梁的承载力;最大裂缝宽度计算公式需将现行计算公式乘以修正系数1. 5,挠度计算公式应乘以1. 1的修正系数。碱式硫酸镁水泥混凝土可代替普通混凝土用于梁正截面抗弯。

预应力RPC-NC结合梁裂缝试验研究

为研究预应力活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)结合梁的开裂性能,以铁路32m的T形梁为原型,制作10根RPC-NC结合梁和1根纯NC梁进行抗弯试验。对比分析试验梁的裂缝分布形态、裂缝间距及短期裂缝最大宽度,并在铁路规范的基础上推求适合于预应力RPC-NC结合梁裂缝宽度的计算公式。结果表明:预应力度增大,RPC-NC结合梁裂缝分布的范围减小;RPC-NC结合梁的裂缝间距明显小于NC梁,RPC加入后裂缝更加密集,并伴随产生大量细小裂缝;RPC高度对于RPC-NC结合梁裂缝出现及稳定发展阶段影响很小,进入失稳扩展阶段后随着RPC高度的增加,RPC-NC结合梁裂缝宽度增长速率降低;纯NC梁裂缝进入稳定扩展阶段后的扩展速率和裂缝最大宽度都明显高于RPC-NC结合梁;在铁路规范中引入结合梁裂缝修正系数后,能合理计算RPC-NC结合梁短期裂缝宽度。

HRB500E高强抗震钢筋高钛重矿渣混凝土梁裂缝试验研究

通过对6根HRB500E高强抗震钢筋高钛重矿渣混凝土梁和3根HRB335普通钢筋高钛重矿渣混凝土梁进行正截面抗弯性能试验,以钢筋、混凝土强度等级为变量,研究最受关注的高强抗震钢筋高钛重矿渣梁荷载作用下的开裂变形问题。结果表明:在混凝土强度、配筋都相同的情况下,HRB500E高强抗震钢筋高钛重矿渣混凝土梁的开裂弯矩、极限弯矩比普通梁高,屈服弯矩接近于普通梁;随着混凝土强度提高,最大裂缝宽度受钢筋强度的影响不甚明显;随着纵筋率的增加,裂缝宽度得到明显约束。较之普通梁,HRB500E高强抗震钢筋高钛重矿渣混凝土梁的裂缝开展分布较均匀,裂缝条数相对较多,平均裂缝和最大裂缝宽度更大。在试验数据基础上,提出更适合于该种钢筋混凝土梁最大裂缝宽度修正公式,弥补了现有公式的不足。本项目研究为高强抗震钢筋在高钛重矿渣混凝土工程结构中的推广应用提供了有益参考。

大坝背管混凝土裂缝前馈网络的预测研究

基于人工神经网络的BP网络方法和全局优化方法的基本理论,对坝后背管外包混凝土结构裂缝预测进行了研究,提出了基于神经网络的管道混凝土裂缝预测模型,并重点研究了水头的变化对压力管道混凝土最大裂缝宽度的影响,最后对三峡电站压力管道混凝土结构裂缝进行了预测。

CFRP筋珊瑚混凝土梁开裂性能与裂缝宽度计算

通过对12根CFRP筋珊瑚混凝土梁进行抗弯试验,研究配筋率、珊瑚混凝土强度对CFRP筋珊瑚混凝土梁开裂性能的影响,对裂缝的分布与裂缝宽度的发展规律、卸载后裂缝闭合情况、正常使用极限状态最大裂缝宽度限值对应荷载水平进行了分析。研究结果表明,提高CFRP筋配筋率和提高珊瑚混凝土强度均能有效控制CFRP筋珊瑚混凝土梁的最大裂缝宽度;梁试件卸载后裂缝出现闭合,配筋率越高,裂缝闭合越显著;CFRP筋珊瑚混凝土梁在达到正常使用极限状态时相对其极限承载力状态处于较低的荷载水平,因此其设计主要由正常使用极限状态控制。通过对试验数据的分析,对现有规范GB 50608中的短期最大裂缝宽度计算公式进行了修正,采用修正公式得到的最大裂缝宽度计算值与试验值吻合良好。

碳纤维片材加固RC梁四点弯曲的多重开裂分析

借鉴复合材料力学的分析方法,建立一种分层剪滞模型,研究了碳纤维片材加固钢筋混凝土梁在四点弯曲载荷作用下的多重开裂破坏,求得了梁纯弯段下部钢筋保护层中的最大裂缝宽度和裂缝密度与施加载荷和碳纤维片材的粘贴层数之间的定量关系,计算结果与现有实验值较吻合.结果表明:施加载荷愈大,裂缝密度和宽度愈大;随着碳纤维片材粘贴层数的增加,裂缝间距明显变小,最大裂缝宽度则基本保持稳定;在碳纤维片材粘贴层数较小的情形下,当施加载荷达到或超过某值时,梁纯弯段下部混凝土保护层将出现饱和裂缝群.

运营公路隧道衬砌正常使用极限状态模糊随机可靠度分析

该文基于运营公路隧道衬砌正常使用极限状态的特征,针对钢筋混凝土偏心受压构件的最大裂缝宽度极限状态开展了研究。建立了考虑衬砌结构抗力模糊性及荷载效应随机性的正常使用极限状态下模糊随机可靠度分析方法,并对某海底隧道海域Ⅲ级(Ⅳ类)围岩下衬砌结构最大裂缝宽度的可靠度进行了计算。计算结果表明:(1)在考虑结构安全重要性系数、结构的使用环境及荷载条件等因素前提下,模糊失效准则的边界应根据规范规定的允许裂缝宽度值确定;(2)某海底隧道海域Ⅳ类围岩下左洞某断面衬砌拱顶处出现最大宽度裂缝时的失效概率pf=0.194,小于50%,可以满足使用要求;(3)某海底隧道海域Ⅳ类围岩下左洞某断面衬砌拱腰处出现最大宽度裂缝时的失效概率pf=0.322,小于50%,可以满足使用要求。