基于FBG自感知钢绞线对预应力混凝土梁抗弯性能监测

为解决预应力混凝土梁的抗弯性能难以实现实时监测的问题,设计制作了两根不同线型的预应力混凝土梁,利用串联式FBG传感器内嵌于钢绞线技术,对预应力混凝土梁的抗弯性能进行实时监测。对直线及曲线孔道预应力混凝土梁进行三分点对称集中力加载试验,分析FBG传感器对梁抗弯性能的监测效果。监测结果表明:FBG传感器存活率为100%,监测数据具有稳定性,相较于电阻应变片更适合预应力混凝土梁抗弯性能的监测;同一筋材各测点处FBG传感器的应变发展趋势基本一致,荷载-应变曲线所反映的实际受力状态与理论描述受力状态一致;混凝土开裂前,FBG监测梁中应变最大误差为9.77%,远小于电阻应变片的最大误差47.63%;混凝土开裂时,FBG自感知钢绞线能跟随裂缝开展而发生突变;受拉钢筋屈服后,FBG自感知钢绞线能准确识别外荷载,且在梁中承担的力与外荷载增加量的误差小于12%。该技术实现了对梁体内预应力钢绞线及梁受力过程的实时监测。

钢绞线对地电阻率观测的影响

2021年5—11月,河南潢川地震台地电阻率EW测道观测曲线出现较大台阶,而NS测道变化平稳。从自然环境、场地环境、观测系统等方面开展干扰排查,排除了降雨、场地环境的影响。调查发现,EW测道地电阻率观测曲线的台阶、突跳等现象,应为地电架空外线路钢绞线漏电所致。

准分布FBG钢绞线对混凝土梁预应力损失的监测

预应力损失是预应力构件设计及张拉施工的关键参数,同时也决定构件服役时的受力状态。然而,目前沿构件全长的预应力损失分布基本是依据理论公式和工程经验获得,难以通过实测求证。针对这一难题,提出将多点准分布FBG耦合于混凝土梁中预应力钢绞线中心丝的技术,并进行实验,以探求预应力损失影响规律及其沿构件全长的分布。实验结果表明:相比准确率低、失效概率大的应变片,多点准分布FBG存活率为100%,监测数据有良好的线性度,可实现预应力损失及其分布的监测。FBG对短期预应力损失的监测值与规范推荐的理论值变化规律一致:离张拉端距离越大,σ′l1越大而σ′l2越小,但监测数据整体比规范值少2%~10%。孔道形状对短期预应力损失影响较大,对长期预应力损失影响较小:直线孔道梁中短期预应力损失占总损失的40%~50%,短期损失率约为6%,曲线型孔道梁中其值分别为70%~73%及13%;直线孔道梁中长期预应力损失占总损失的50%~60%,长期损失率约为8%,而曲线型孔道梁中其值分别为27%~30%及6%。对总预应力损失而言,直线型孔道各测点其值小于曲线型孔道,前者总损失率约为14%,短期和长期预应力损失各半,而后者总损失率约为19%,并以短期预应力损失为主。通过多点准分布FBG对预应力损失监测试验,为预应力构件的设计、张拉施工及受力分析提供试验参考和技术支持。

钢绞线对预制混凝土高塔筒结构的影响分析

针对拉脱法检测钢绞线预应力会对预制混凝土塔筒结构产生二次破坏,且该结构在缺陷条件下是否安全等问题,以华北某50MW风电场预制混凝土塔筒结构为例,建立了高塔筒结构缺陷数学模型,利用频率法对钢绞线预应力进行检测,最后通过降温法将预应力加至模型中,对混塔结构的位移、应力和损伤情况进行计算分析。结果表明,利用频率法检测钢绞线预应力可以避免对钢绞线造成损伤;针对预应力损失情况,塔筒的拉应力以及位移随着预应力的降低而增加,各段塔筒的受拉损伤情况加剧,与预应力混凝土结构的特性符合。该成果对我国风电机组混凝土塔筒的设计和规范制定具有重要的理论意义,对同类风电机组的检测及安全运行具有一定的参考价值。

采用tanδ表征变频电机绞线对绝缘老化特性的研究

变频电机定子绝缘用电磁线的失效是导致电机绝缘破坏的主要原因。为此,针对JD117变频电机匝间绝缘用电磁线进行试验研究,以绞线对为试验对象,在双极性高频脉冲电压下,进行了不同频率和不同时间的老化,测试并分析了试样的介电频率谱和温度谱,结合扫描电镜(SEM)研究了不同老化条件对绞线对表面形貌的影响。试验结果表明:随着老化程度的加深,通过分析tanδ的频率谱,其峰值点的数值可以被用来判断绝缘的老化状况。老化使得材料内部结构发生变化,长链发生断裂,生成了小分子量的极性分子,松弛极化更易建立。老化前后,绞线对表面的形貌有很大的不同并且差异随着老化程度的加深而加大。

高频方波脉冲下变频电机绞线对的局部放电特性分析

基于脉冲电流传感器建立了一套方波脉冲下的局部放电测试系统,并对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样进行局部放电试验。测试并分析了脉冲电压的频率和上升时间对局部放电起始放电电压、平均放电量和放电次数的影响,探讨了绞线对在方波脉冲电压下的局部放电机理,为更深入地研究方波脉冲电压下绝缘老化机理打下了坚实的基础。

变频牵引电机绞线对介质损耗的研究

分析了变频牵引电机绞线对经热老化、电老化及电热联合老化后的3条介损-电压曲线(tanδ-U曲线),与其在高温下的tanδ-U曲线进行对比,并比较了绞线对在不同老化程度下的tanδ-U曲线。结果表明:绞线对经热老化及电热联合老化后测得的第1条tanδ-U曲线的转折点对应的电压明显比后2条tanδ-U曲线的高;经验证该转折电压为绞线对的局部放电起始放电电压(PDIV);随着老化程度的加深,测得的第1条tanδ-U曲线的转折点电压增大。

基于FRP-OFBG智能钢绞线对无黏结部分预应力混凝土梁的全过程分析方法

结合用FRP筋封装的光纤光栅传感器即FRP-OFBG智能复合筋和钢绞线的力学特性,研制出了在钢绞线拉索中直接增加FRP-OFBG的智能钢绞线。通过其在受力时波长的改变值,推算出结构受力截面各个部位的应变值。提出了运用虚拟混凝土条带对无黏结混凝土梁截面进行开裂和破坏预警,以及FRP-OFBG智能钢绞线对无黏结预应力混凝土梁的全过程分析方法,经与试验结果对比,吻合良好,可为相关工程实践提供依据。

方波脉冲电压频率对变频牵引电机绞线对绝缘特性的影响

测试了不同频率方波脉冲电压下牵引电机绞线对的电热联合老化寿命、介质损耗因数(tanδ)及局部放电平均放电量,测试结果表明:方波脉冲电压频率升高,使局部放电平均放电量增大,局部放电对绞线对绝缘的破坏作用加强,使绞线对的老化寿命缩短;方波脉冲电压频率升高,使绞线对老化程度加深,陷阱密度增大,降低了自由载流子浓度,使局部放电起始放电电压(PDIV)增大,从而使介质损耗因数曲线转折点电压升高。

预应力钢绞线对盘条质量的要求

介绍高强度低松弛预应力钢绞线的生产工艺及技术要求,从钢绞线的生产和质量要求出发,分析优质高碳钢盘条的质量问题对钢绞线生产的影响,同时对优质高碳钢盘条提出了相关质量要求。

钢绞线对夹片式锚具静载锚固试验影响的研究

概述了杭州湾跨海大桥建设中所用预应力锚具和钢绞线的静载锚固性能检测,研究了不同质量钢绞线对锚具静载试验的影响,找出其合理的配合关系,以供其他公路桥梁施工参考和借鉴。

输电线路用高导电率铝合金芯铝绞线对比研究

以拟建的某±800 kV直流特高压线路工程为例,针对6×JL1/G2A—1250/100钢芯铝绞线的基本导线方案,选取铝合金芯铝绞线、铝合金芯成型铝绞线以及一种新型节能导线高导电率铝合金芯铝绞线这三个方案,进行了电气性能和机械性能比较,并采用最小年费用法进行了经济性分析。结果表明:随着损耗小时数提高和电价的增加,新型节能导线高导电率铝合金芯铝绞线能够具有很好的经济性。通过计算不同电价、不同资本金内部收益率下所选导线临界损耗小时数,研究比较新型节能导线与基本导线的投资回收期。

马鞍山长江公铁大桥2100 MPa高强度钢绞线斜拉索及锚具研制

巢马铁路马鞍山长江公铁大桥副汊航道桥为(58+168+392+168+58)m双塔三索面钢桁梁斜拉桥,斜拉索设计采用抗拉强度2100 MPa、抗疲劳应力幅280 MPa的∅15.2 mm低松弛PE镀锌钢绞线拉索。为保证高强度钢绞线斜拉索的力学及锚固性能,根据其技术指标要求,在1860 MPa钢绞线基础上,研制2100 MPa钢绞线及配套锚具。通过提高钢绞线原材料盘条中C、Si、Mn元素含量及改进钢丝拉拔工艺,选择直径14.0 mm的PQS92Si-HT盘条为2100 MPa钢绞线原材料。为提高钢绞线的锚固性能,夹片选择20CrMnTi钢,夹片长度52 mm、牙高0.45 mm、锥角6°10′、表面粗糙度R a3.2以上且表面硬度不低于56 HRC。根据2100 MPa钢绞线锚具的载荷变化和现行锚具锚板的材料性能,锚板选择40Cr钢,并进行调质处理。对研制的2100 MPa钢绞线及配套锚具进行单孔锚及斜拉索锚具组件疲劳试验及疲劳后静载试验。结果表明:研制的2100 MPa钢绞线及其锚具组件均满足规范要求,可应用于马鞍山长江公铁大桥副汊航道桥。

护套不同破坏形式下钢绞线的腐蚀特性研究

PE护套破坏是导致斜拉索中钢绞线发生腐蚀的直接原因。为了研究护套不同破坏形式下钢绞线腐蚀形态特征及力学性能退化规律,基于钢绞线电化学加速腐蚀试验,通过静力拉伸试验测定腐蚀钢绞线力学性能参数。结果表明:PE护套在两种破坏形式下钢绞线的锈蚀形态不同。PE护套环向破坏时,腐蚀产物在损伤口两端堆积,而纵向破坏时,腐蚀产物堆积在两侧;通过钢绞线腐蚀损伤评定,发现护套环向破坏时,钢绞线的腐蚀率随着时间呈指数增长,而纵向破坏时为线性增长,说明前者的腐蚀损伤危害要大于后者;护套两种破坏形式下,腐蚀钢绞线的力学性能不同,环向破坏后腐蚀钢绞线的承载力小于纵向破坏形式;在弹性模量和抗拉强度方面,环向破坏时,钢绞线的损伤率在20%以内时快速衰减,随后衰减缓慢,而纵向破坏时,腐蚀钢绞线的弹性模量和抗拉强度随损伤率呈线性衰减。PE套管环向破坏时,腐蚀钢绞线的力学性能损耗较大,在实际工程中应当重点关注。

蚀坑尺寸对高强钢绞线应力集中影响研究

使用有限元软件ABAQUS 6.14-1建立1860级七丝高强钢绞线的实体模型,并在其上预设蚀坑,针对应力集中现象做仿真分析。通过改变半圆球蚀坑和三轴椭球体蚀坑的尺寸参数,研究其对应力集中的影响,并在椭球蚀坑中综合比较长宽深对高强钢绞线应力集中系数的影响程度。结论如下:在半圆球蚀坑中,逐步增大半径尺寸,应力集中系数也随之增大。在蚀坑半径较小的时候,增长速度较快,当尺寸增大到一定值后,增长速度变缓。在椭球蚀坑中,长度增加,应力集中系数随之不断减小,而宽度和深度增加,应力集中系数则随之增大,对各尺寸变化所对应的应力集中系数进行拟合,都表现出明显的线性关系。其中,深度对应力集中影响最大,而宽度因子和长度因子差异不大。对比蚀坑对钢丝的影响规律并结合吊杆疲劳试验结果,验证了模型的可靠性。

7×19构型NiTi形状记忆合金绞线超弹性试验研究

为充分发挥大直径NiTi形状记忆合金(SMA)绞线的超弹性性能,在常温下对单丝直径1.0 mm的7×19构型SMA绞线进行了循环拉伸试验;分析了热处理方案、应变幅值、循环次数、预训练和加载速率等因素对其超弹性的影响,得到了各因素下SMA绞线的残余应变、能量耗散、等效粘滞阻尼比、强度和刚度等力学参数变化规律。结果表明:针对本研究的7×19构型SMA绞线,400℃退火10 min的热处理方案下其相变应力和恢复率最高,热处理时间过长会造成这些特性严重退化;SMA绞线内部单丝变形和应力发展不均匀程度更高,滞回曲线无明显相变平台;恒定幅值拉伸下SMA绞线的初始弹性模量和极限应力变化相对较小,而相变平台高度、恢复率以及等效粘滞阻尼比退化较为明显;通过预训练的方式可以减轻SMA绞线的功能损伤,显著减小残余变形,提高可恢复能力;加载速率对SMA绞线的马氏体应力和屈服平台切线模量的影响较大,当加载速率超过1×10^(-2) s^(-1)后,滞回曲线对加载速率的变化不再敏感。试验结果可为7×19构型SMA绞线的应用提供数据支持。

后插无粘结钢绞线U形管承压型抗拔桩工程应用

后插无粘结钢绞线U形管承压型抗拔桩技术是一种新型研发的抗浮技术,该技术具有桩身混凝土在使用周期内始终处于受压状态,充分发挥了混凝土的抗压性能,桩身不产生裂缝,无需进行裂缝宽度验算,耐久性好,使用范围广、工期快、造价低等优点。本文结合工程应用实例,详细介绍了后插无粘结钢绞线U形管承压型抗拔桩工程施工工艺,为后续类似工程的高质量施工提供参考。

预应力CFRP绞线和钢筋混合配筋混凝土梁的抗弯性能

为了探索碳纤维复材(CFRP)绞线在混凝土结构中的应用,采用CFRP绞线作为预应力筋,开展了预应力CFRP绞线和钢筋混合配筋混凝土梁的抗弯性能试验研究。试验结果表明:平截面假定适用于混合配筋的混凝土梁;配置预应力CFRP绞线可以显著提高混凝土梁的抗弯承载力,相比于普通钢筋混凝土梁,混合配筋混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别提高了74%~146%、27%~48%和29%~50%,但混合配筋混凝土梁的延性明显降低;在混凝土压碎失效模式下,预应力水平和预应力CFRP绞线数量对延性影响并不明显;GB 50608—2020《纤维增强复合材料工程应用技术标准》中预应力纤维复材(FRP)筋混凝土梁的抗弯承载力计算公式可以应用于预应力CFRP绞线和钢筋混合配筋混凝土梁的抗弯承载力计算。

基于永磁效应的钢绞线应力检测方法研究

基于永磁效应提出一种新的钢绞线无损应力检测方法,由永磁体的分子环流模型推导了矩形永磁体磁场强度分布,建立反映钢绞线应力与传感器内永磁体磁感应强度的力-磁关系理论模型。利用Ansys Maxwell电磁有限元软件对力-磁关系理论模型进行了数值分析。结果表明,钢绞线的受力状态与永磁磁感强度存在函数对应关系,以轴线中点为原点,原点起始磁强数值最高,此时钢绞线应变应力增大,磁感应强度数值沿两侧按一定规律逐渐减小。据此,提出一种新型的应力检测传感结构,并搭建了试验验证平台。试验数据分析表明,在多次加、卸载循环下,加载时磁通量随应力增大而减小,卸载时磁通量随应力减小而增加,线性函数和二次函数均能较好地描述磁感强度与应力应变值之间的相互关系,验证了笔者提出的检测理论和传感结构的可行性和有效性。

碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑滞回性能

为解决传统自复位防屈曲支撑变形能力不足的问题,提出一种碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑(Disc Spring-Steel Tendon Self-centering Buckling-restrained Brace,DT-SCB).DT-SCB采用串联的钢绞线及碟簧组成的复位系统提供复位能力,通过两个并联的一字型内芯耗散地震能量.介绍了DT-SCB构造、各阶段工作机理及恢复力模型.建立有限元模型,研究复位比率αsc、钢绞线与碟簧组刚度比K1、复位元件与耗能系统刚度比K2等参数对支撑滞回性能、自复位效果及耗能能力的影响.研究结果表明:提出的DT-SCB恢复力模型与模拟结果吻合较好,所有DT-SCB支撑在最大加载位移(2.5%轴向应变)内未发生明显破坏,支撑滞回曲线呈旗帜型特征,且具有稳定的耗能能力.相比于传统基于钢绞线的自复位防屈曲支撑,DT-SCB具有更强的变形能力.DT-SCB最大残余变形随复位比率αsc提高显著减小,而刚度比K1的增加会削弱复位比率对支撑残余变形的控制效果.钢绞线与碟簧组刚度比过大(K1≥2.0)会导致碟簧组提前被压平,进而降低支撑的变形能力.DT-SCB耗能能力受刚度比K2影响较大,其等效黏滞阻尼比随刚度比K2的增大而降低.罕遇地震下支撑-框架结构非线性时程分析结果表明,DT-SCB可以有效减少结构的最大层间位移角及残余层间位移角,提高结构抗震性能.