轴拉构件保护层外内裂缝宽度比试验研究

通过理论分析与实验研究,提出了轴拉构件保护层外内裂缝宽度比的计算公式,且分析了公 式计算值与实测值的符合程度及其影响因素.

大保护层厚度高强钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度比较分析

介绍了各国规范裂缝宽度的计算理论和计算公式的考虑因素,给出了欧美规范的裂缝计算公式。然后对不同保护层厚度、不同钢筋强度等级的受弯构件裂缝宽度进行了比较分析,结果表明:1)按我国混凝土规范计算的裂缝宽度值大大高于欧美规范计算值,但其中原因并非我国规范对保护层厚度影响因素取值不合理;2)在选择钢筋时,除了考虑钢筋强度外,钢筋的根数也是影响裂缝宽度的重要因素之一。最后,对我国混凝土规范的裂缝宽度计算方法提出了几点建议。

基于计算机视觉的混凝土表观裂缝识别和宽度测量

对钢筋混凝土(reinforcement concrete, RC)结构表观裂缝的高效识别可以为结构震损快速评估提供佐证。无论在地震现场还是实验室环境,此类工作均表现出量大、重复的特征,适合利用计算机视觉技术完成,以弥补人工方式低效、不确定性强的劣势。以消费级相机输出图像作为数据源,融合U-Net和VGG-16构造适用于混凝土表观裂缝识别的卷积神经网络(convolutional neuralnetwork, CNN)模型,依托多类型RC构件裂缝图像数据库完成模型训练和测试。利用形态学运算、Otsu阈值分割等技术进一步优化裂缝识别结果作为宽度测量的输入数据。为降低相机光轴与裂缝平面不垂直带来的裂缝宽度测量误差,通过特定靶标对原始图像进行透视误差校正,经检验,透视误差校正后的裂缝宽度测量的平均偏差最大可降低约25%。

混凝土深受弯构件力学性能分析与裂缝宽度检测

为保证混凝土深受弯构件的服役寿命,分析了其在载荷作用下的力学性能,并检测其裂缝宽度。在制备4种不同剪跨比的混凝土深受弯构件后,制定加载方案。然后基于有限元模型分析构件在载荷下的应力分布情况,并通过构件受剪分析模型计算混凝土深受弯构件的受剪承载力,同时利用拉压杆模型检测裂缝宽度。试验结果显示:剪跨比能够直接影响构件的力学性能。剪跨比为0.26、载荷达到600 kN左右时,跨中位移最高值为8.6 mm;剪跨比为1.04、载荷为300 kN左右时,跨中位移达到12.5 mm,构件从剪切破坏状态变化成剪弯破坏;根据构件裂缝之间的受力情况,可以准确获取裂缝最大宽度值;剪跨比较大时,构件裂缝较宽位置,大部分均位于支座附近。

裂缝等效宽度的斯通利波检测实验及反演

为了破解裂缝地层识别与评价的难题,进行缩比例模型井声波测量物理实验,结合数值模拟分析不同裂缝宽度和条数下斯通利波特征,总结水平裂缝不同宽度及条数对斯通利波衰减的影响规律,提出裂缝等效宽度的概念,定量表征裂缝带对斯通利波幅度的影响,建立基于裂缝等效宽度的反演方法和流程。研究结果表明:随着裂缝等效宽度的增大,直达斯通利波幅度呈指数规律减小;在裂缝等效宽度保持不变的情况下,裂缝条数越多,直达斯通利波幅度越大;利用裂缝等效宽度能够实现裂缝带的定量表征。

超高性能混凝土-充填式窄幅钢箱组合梁裂缝宽度计算

为了探讨超高性能混凝土-充填式窄幅钢箱组合梁裂缝发展规律和分布,评估现行规范中最大裂缝宽度计算公式对该类组合梁的适用性,考虑组合梁钢纤维掺量、充填混凝土高度和配筋率3个因素,对6根该类组合梁开展弯曲试验;根据超高性能混凝土的特性,提出该类组合梁钢筋应力计算方法;修正现行规范中最大裂缝宽度计算公式,并考虑钢纤维掺量的影响,建立该类组合梁的最大裂缝宽度计算公式。结果表明:组合梁开始出现裂缝后最大裂缝宽度发展较缓慢,在最大裂缝宽度达到0.16 mm之前,荷载等级-最大裂缝宽度曲线大致呈线性,组合梁屈服后裂缝宽度迅速增大;增加钢纤维掺量和配筋率可明显限制裂缝发展,钢箱充填超高性能混凝土可明显增强组合梁极限承载能力;现行规范中最大裂缝宽度公式计算该类组合梁最大裂缝宽度过于保守,所提出该类组合梁钢筋应力计算方法和组合梁最大裂缝宽度公式的计算值与弯曲试验实测值均吻合较好。

脆性材料统一断裂相场方法及其裂缝宽度的确定

岩石、混凝土等脆性材料的开裂问题一直是国内外关注的热点和难点,裂缝的演化使得脆性材料的力学性能难以预测。针对脆性材料的拉、剪和拉剪复合开裂问题,将统一拉伸断裂准则引入到相场理论,进而基于谱分解技术提出了统一断裂相场方法,并通过交错算法在商业有限元软件中实现了该方法。拉伸断裂试验和拉剪复合断裂试验数值模拟结果表明:统一断裂相场方法具有热力学一致性,该方法不仅能准确模拟裂缝演化过程中脆性材料的力学性能,还能精准预测拉剪复合裂缝的扩展路径。此外,运用水平集理论构建了一个相场函数,识别了相场裂缝的分界面,进而通过理论推导得出了相场裂缝宽度的计算公式,并对其进行了验证。该研究旨在提出精准预测脆性材料拉、剪和拉剪复合开裂的相场方法,以保障土木工程结构的安全。

钢-GFRP板条-UHPC组合桥面结构开裂及裂缝宽度计算方法研究

为研究钢-GFRP板条-UHPC组合桥面结构的裂缝发展和分布规律,设计3片GFRP-UHPC组合板和2片钢-GFRP板条-UHPC组合梁试件分别进行四点和三点弯曲试验,研究组合板和组合梁试件的破坏形态及机理;分析钢筋配筋率和钢纤维掺量对组合板和组合梁开裂性能的影响;分析现行规范中的最大裂缝宽度计算方法对该组合桥面结构的适用性;基于有滑移-无滑移统一理论,考虑混凝土保护层厚度对平均裂缝间距的影响和混凝土受拉贡献,推导适合钢-GFRP板条-UHPC组合桥面结构的最大裂缝宽度计算公式。结果表明:钢-GFRP板条-UHPC组合梁破坏时钢梁下翼缘发生明显的屈曲变形,裂缝主要分布在组合梁上表面跨中区域,GFRP-UHPC组合板破坏时板端出现相对分离,裂缝主要分布在纯弯段;提高受拉钢筋配筋率能提高组合桥面结构的极限抗弯承载力、抑制UHPC表面裂缝的发展、减小裂缝宽度和平均裂缝间距,而增加钢纤维掺量对组合桥面结构的极限抗弯承载力和抗弯刚度影响较小;采用现行规范计算的组合桥面结构最大裂缝宽度理论值偏小;提出的钢-GFRP板条-UHPC组合桥面结构的最大裂缝宽度计算公式计算值与试验值较吻合,具有较好的适用性。

基于地质力学数据的井下裂缝宽度智能预测方法研究与应用

准确预测井下裂缝宽度对于选择合适的堵漏工艺和材料至关重要,但现有基于物理机理的裂缝宽度解析解模型存在显著的局限性。分别基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)、长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络、CNN-LSTM融合神经网络等算法,结合地质力学数据,构建了多个井下裂缝宽度预测模型。结果表明,CNN-LSTM模型在测试集上的预测效果最佳,预测稳定性最好,相关系数R^(2)为0.967,均方误差(mean squared error, MSE)为0.000 5。同时,有效预测了B-2井的150个样本点,预测准确率高达90%以上。利用CNN-LSTM模型预测了渤海油田B-5井的裂缝宽度,并优化了堵漏剂配方,成功提高了钻井现场堵漏成功率。这一应用表明,井下裂缝宽度智能预测模型能为工程师提供可靠的决策支持,确保堵漏工艺的有效性,从而提高现场一次堵漏成功率。

基于Attention_Unet和边缘匹配的裂缝宽度研究

为了检测混凝土裂缝并准确计算裂缝宽度,提出了一种基于深度学习Attention_Unet网络和边缘匹配的混凝土裂缝宽度计算方法。所提出的方法,通过Attention_Unet模型,实现对双目图像进行快速的裂缝识别与分割,然后对分割后的裂缝进行边缘立体匹配和双目测距,以实现对混凝土裂缝的实际宽度的计算。通过与实测数据比较,所提出的方法首次在无接触、无测量的条件下,实现了较高精度的混凝土裂缝检测及宽度估计,极大降低了工程操作的复杂度。实验结果表明,该方法达到了89.2%的像素分割精度,并且宽度估计的平均相对误差为7.4%。

钢-混凝土组合-叠合梁裂缝宽度计算方法研究

钢-混凝土组合-叠合梁是以提高负弯矩区组合梁的抗裂性为目的的一种新型结构。为研究该结构的裂缝开展和分布规律、裂缝宽度的计算方法,对2片钢-混凝土组合-叠合梁进行了负弯矩作用下的抗弯试验,探讨了裂缝的产生、发展和分布规律。通过与双面组合梁的裂缝发展规律对比验证了组合-叠合梁优越的抗裂性。基于试验结果讨论了组合-叠合梁裂缝的发展和分布规律;考虑钢与混凝土间叠合界面的初始粘结等作用,在开裂弯矩计算公式中引入界面系数,公式计算结果与试验结果吻合良好;最后,评估了《混凝土结构设计规范:GB50010—2010》和国内常用组合梁裂缝宽度计算公式对组合-叠合梁的适用性,经过修正得到了适用于组合-叠合梁裂缝宽度的计算公式,可为该类型结构的裂缝计算提供理论依据。

裂缝宽度预测的有限元数值模拟

用断裂力学有限元法 ,建立了裂缝宽度预测的有限元模型 ,研究了川西定向井致密气层中裂缝宽度、裂缝长度及裂缝周围应力变化与液柱压力的关系。用弹塑性断裂力学有限元法来确定裂缝的宽度以及裂缝尖端处的应力强度因子 ,同时研究裂缝周围的应力变化 ,目的是通过大量的计算机模拟 ,找出裂缝宽度变化与井筒压力的关系 ,最终建立裂缝宽度与井筒压力、地层岩石力学特性参数及裂缝长度的预测模型。结果表明 ,同一井筒压力作用下 ,总能找到某一临界裂缝长度 ,使得应力强度因子达到最大 ,超过这一临界裂缝长度时 ,裂缝的开裂能力减弱 ,要使裂缝继续扩展 ,则必须提高应力强度因子。文章研究方法为预测裂缝宽度。

500级高强钢筋混凝土梁裂缝宽度试验及计算方法探讨

通过8根HRB500级高强钢筋混凝土梁以及2根普通钢筋混凝土梁的受弯试验,对比分析试验梁的裂缝分布、平均裂缝宽度及短期最大裂缝宽度的变化特性。结合已有试验结果,对56根500级钢筋混凝土梁的受弯开裂特性进行综合研究,结果表明:试验梁的平均裂缝间距与规范GB 50010—2002公式的计算值符合得较好,而短期最大裂缝宽度计算值则大于实测值,尤其是当钢筋应力超过300N/mm2的情况。鉴于此,在参照国外相关规范的基础上,对该类梁的裂缝宽度计算提出了两种修正建议:①适当调整短期最大裂缝宽度的保证率,取90%的保证率可使计算平均值降低10%左右;②调整裂缝截面处钢筋应力的计算值,具体有两种途径,一是取准永久荷载组合进行计算,二是将钢筋应力超过某一值后取为定值,若将该应力定值取为300N/mm2,裂缝宽度比值的均值为1.063,变异系数为0.176,计算效果非常理想。

基于无人飞机成像的桥梁裂缝宽度识别可行性研究

基于传统桥梁检测车裂缝宽度检测存在阻碍交通、受到桥型限制、使用维护费用高等问题。该文以旋翼无人飞机为工作平台,为满足0.2mm以上桥梁裂缝宽度识别要求,采用IMETRUM非接触式测量仪验证无人机悬停状态下机载成像质量具有可靠性;通过加装机载三点激光测距仪,测量物距并推导成像平面与被测平面夹角,计算并修正裂缝图像像素解析度;设计适于无人机成像的图像预处理程序、构建基于支持向量机(SVM)裂缝形态智能提取训练模型、裂缝法向实际宽度计算方法。以湘潭市湘江二大桥为研究对象,通过对实桥进行无人机裂缝宽度识别,并与传统人工测试进行比较,表明机载成像识别裂缝宽度满足工程精度要求,以无人飞机为工作平台替代桥检车或支架工作平台,实现结构表面裂缝形状与宽度识别具有可行性和广泛应用前景。

钢-UHPC轻型组合桥面结构试验及裂缝宽度计算研究

为研究钢-UHPC轻型组合桥面结构的裂缝特征,并评估现有规范公式对钢-UHPC轻型组合桥面结构裂缝宽度计算的适用性,综合考虑配筋率、保护层厚度、UHPC层厚度和栓钉间距4个因素,对40个钢-UHPC组合板进行正交试验。试验结果表明:未配筋钢-UHPC组合构件裂缝数量较少,且开裂后裂缝发展较快,密集配筋钢-UHPC组合构件裂缝细而密,在裂缝宽度为0.15mm之前,荷载-最大裂缝宽度曲线大致呈直线,钢筋屈服后,裂缝发展较快,当裂缝宽度达到0.2mm以后,裂缝数量基本趋于不变;配筋率和保护层厚度对开裂应力和平均裂缝间距的影响较大,UHPC层厚度对其影响不大。根据现有规范公式计算钢-UHPC组合结构裂缝宽度过于保守,文中根据钢-UHPC组合桥面结构的特点和裂缝扩展特征,提出钢筋应力的计算方法,计算结果和试验实测结果吻合较好;在现有规范公式的基础上,对平均裂缝间距计算公式和钢筋应变不均匀系数计算公式进行了修正,给出钢-UHPC轻型组合结构最大裂缝宽度建议公式,建议公式的计算值和试验值吻合较好。

高强钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法的研究

结合14根配置500MPa钢筋的混凝土梁、12块配置CRB550冷轧带肋钢筋混凝土板的受弯性能试验,对钢筋混凝土受弯构件的裂缝宽度计算方法进行系统的研究。研究结果表明:现行国家混凝土结构设计规范GB 50010—2002裂缝宽度计算值明显大于试验值,不适用于配置高强钢筋的混凝土受弯构件。通过对国内外主要规范公式比较分析研究,并在对裂缝宽度计算方法长达20余年研究工作的基础上,独创性地提出具有概念清晰、计算精度高、简单实用等特点的裂缝宽度计算的新方法。

利用模拟井研究用声波成像资料计算裂缝宽度问题

介绍利用模拟井研究用井周声波成像测井资料定量计算裂缝宽度的方法。模拟井是根据真实地层的构造特征,采用不同岩性的岩石加工而成的一组试验井,模拟井壁岩性变化和井壁构造现象,以反映井壁复杂的地质特征。通过综合分析模拟井的井周声波成像测井资料,提出了裂缝回波幅度与裂缝宽度的3种关系模型,根据裂缝的视宽度与回波幅度的变化关系,给出了改进后的裂缝宽度计算公式。采用该方法,用模拟井的井周声波成像测井资料计算裂缝宽度,计算结果的平均误差为7％,在模拟井中验证了该定量计算方法的可靠性。该方法在实际应用中取得了很好的效果。

岩石脆性实验及压裂缝高度与宽度测井预测

随着长庆油田勘探开发的不断深入,低孔低渗储层已成为主要勘探开发对象,几乎所有井的储层都要经过压裂改造才有产能。储层压裂改造的规模需要考虑岩石脆性剖面变化特征,其脆性系数从岩石力学的角度间接反映了储层被压开的难易程度。以长庆油田姬塬地区延长组地层为例,通过岩芯三轴脆性实验数据(杨氏弹性模量和泊松比)得到岩石脆性系数,并用其校正测井计算的岩石脆性系数,由此建立连续的岩石脆性系数剖面。在此基础上,推导并建立了岩石脆性系数与最小水平地应力的定量关系式,实现了基于岩石脆性系数的储层压裂缝高度与宽度的定量预测、将此方法应用于工区多口油井的压裂改造工程中,取得了良好的效果,值得推广应用。

短期荷载作用下600MPa级超高强钢筋混凝土梁裂缝宽度试验研究

为研究600MPa级超高强钢筋混凝土梁受弯性能,进行18根配置600MPa级高强钢筋和1根配置HRB400钢筋的混凝土梁受弯静载试验,分析600MPa级超高强钢筋对混凝土梁裂缝分布、承载力、平均裂缝间距、最大裂缝宽度等影响。研究结果表明:配置该类型钢筋的受弯构件开裂弯矩和极限弯矩仍然可以按照现行规范公式进行计算;短期荷载作用下平均裂缝间距、最大裂缝宽度等参数计算值与现行混凝土结构设计规范公式计算值存在一定差异,平均裂缝间距计算值偏大,最大裂缝宽度计算值与试验值相比偏小。最后根据试验数据对配置该类型钢筋的受弯构件裂缝宽度计算公式进行适当修正,第一种方法是在现行规范计算公式基础上引进裂缝宽度综合调整系数,第二种方法是对现行规范裂缝宽度计算公式中的平均裂缝间距采用修正公式代替,短期裂缝宽度扩大系数采用修正值。修正结果表明第一种修正方法得到的计算值与试验值吻合度高,同时考虑到规范的连续性,建议采用第一种方法进行裂缝宽度修正。

应力对煤岩裂缝宽度及渗透率的影响

煤层气的开发实践表明,煤岩裂缝和渗透率是制约我国煤层气资源开发成败的关键因素之一。以室内实验为手段,系统研究了有效应力改变条件下煤岩裂缝宽度和渗透率的变化规律。结果表明:煤岩裂缝宽度和渗透率都随有效应力的增大而减小;当有效应力达到8 MPa后,裂缝宽度变化相对缓慢,渗透率变化也很微弱。由此可见,煤岩裂缝和渗透率对应力的变化非常敏感。