基于导电油墨层电阻层析成像的混凝土裂缝损伤识别

为解决混凝土裂缝损伤的监测问题,提出利用石墨烯碳油墨在混凝土表面制备导电层,利用电阻层析成像技术进行裂缝损伤识别。通过比较损伤前后导电层边界电压变化,利用TV-SB正则化算法重建损伤引起的电导率变化分布图像以确定裂缝损伤情况。分别进行人工模拟裂缝和混凝土梁弯曲裂缝检测实验,来验证所提方法对裂缝损伤识别的效果。实验结果表明,导电油墨层性能良好,电阻层析成像技术重建的电导率变化图像能够较好地反映裂缝损伤的位置和长度等信息,可为混凝土裂缝损伤的监测和识别提供一种有前景的技术。

粉煤灰修筑高等级混凝土路面裂缝损伤特性数值模拟分析

利用数值模拟方法分析粉煤灰修筑高等级混凝土路面裂缝损伤特性。制备粉煤灰质量分数分别为25%、35%、45%的试件1、试件2、试件3,将3种试件的参数输入到FLAC3D软件开展数值模拟,计算裂缝损伤演化及变量,获得粉煤灰修筑高等级混凝土路面裂缝损伤特性。数值模拟结果显示:粒径较小的超细粉煤灰能够延长初裂时间,产生的裂缝面积也更小,粉煤灰质量分数为35%的试件2裂缝面积最小,初裂时间最长,经过冻融循环及干湿循环处理后裂缝损伤度较小,且应变较大情况下仍旧能够保持较小裂缝损伤度;试件1和试件3的裂缝面积较大,初裂时间较短,受到冻融循环与干湿循环影响时裂缝损伤度较高,说明受到荷载影响,出现严重裂缝损伤。

基于压电陶瓷传感器的钢筋混凝土框架结构裂缝损伤全过程监测

基于压电陶瓷传感器开展了动力荷载作用下的钢筋混凝土框架模型结构裂缝损伤全过程监测试验。在1个2层2榀钢筋混凝土框架结构中埋入压电陶瓷传感器,对模型结构先后施加拟动力荷载和拟静力荷载的作用,监测结构在荷载作用下的损伤发展全过程,并采用移动平均法对监测数据进行平滑处理。结果表明:所采用的监测方法能够有效监测结构健康状态的发展趋势,但受环境等因素的影响,监测数据存在波动性,给损伤识别带来一定困难;采用移动平均法进行数据处理可使损伤识别结果更加准确;基于压电陶瓷传感器的混凝土裂缝损伤监测方法可用于结构的长期监测,有效的数据平滑滤噪措施对于损伤的正确识别具有重要意义。

基于压电波动法的混凝土裂缝损伤主动被动监测对比试验

目的对基于压电波动法的混凝土裂缝损伤主动与被动监测方法进行对比研究,探索两种方法的特点以及适用范围.方法将压电陶瓷传感器埋置在两个完全相同的混凝土柱内,两试件分别承受小偏压和大偏压荷载.同时应用主动和被动损伤监测技术对两试件的破坏过程进行监测.结果在被动监测试验中,小偏压试件所释放出的声发射信号能量为大偏压试件的14倍.从能量释放在时长上的分布比重看,小偏压试件在达到极限荷载前就已经释放了80%以上,而大偏压试件只释放不到40%;在主动监测试验中,大、小偏压试件的最终损伤指数分别为78.8%和68.6%.结论被动监测技术能有效反映出试件所受荷载及破坏过程的特点,主动健康监测技术能有效地识别结构处于不同的健康状态,两种方法的特点形成互补.

结构裂缝损伤识别的虚拟柔度矩阵法

柔度矩阵元素值小（10^-5～10^-6量级）,直接用来判断结构的损伤容易受到噪声干扰.柔度矩阵元素反映的是结构整体信息,变化最大的不一定对应损伤部位.故利用柔度矩阵进行结构损伤识别尚存诸多缺陷.利用模态测试数据构造结构虚拟柔度矩阵,通过施加虚拟力的方法建立总体虚拟柔度矩阵与局部刚度变化之间的关系,根据广义应变变化率,可以同时得到损伤位置与损伤程度的识别结果.用简支梁的动力模型试验数据验证了算法应用的可行性.

基于压电阻抗技术的混凝土剪力墙裂缝损伤监测

简要阐述了基于压电阻抗法的结构损伤监测技术基本原理,指出了该项技术的优点。结合压电阻抗法及混凝土结构的特点,提出了针对混凝土裂缝损伤监测的传感器布置策略。最后,利用有限元软件对基于压电阻抗技术的混凝土裂缝损伤监测技术进行数值模拟研究。在研究中,建立了黏贴有压电陶瓷传感器列阵的混凝土剪力墙模型,模拟了墙体由健康状态逐渐向失效状态发展的4个阶段。研究结果显示,传感器列阵能够很好地对混凝土剪力墙损伤及其发展情况进行监测。对损伤的定量分析和定位分析结果也与实际情况相吻合。

钢筋混凝土结构裂缝损伤状态模型建模方法与分析

提出了一种钢筋混凝土(RC)结构裂缝损伤状态模型的有限元建模方法.基于弥散裂缝数值模型,采用ANSYS中APDL实体建模技术,通过调控单元应力应变关系矩阵来模拟裂缝开裂后的力学行为,建立钢筋混凝土结构在含有稳定裂缝损伤情况下的状态模型.作为数值算例,分析了钢筋混凝土简支梁在不同开裂状态、不同开裂位置和多种阻尼工况下的静动力特性.结果表明,混凝土首次开裂对结构静动力特性影响最大,已有裂缝的张开闭合对结构的影响较小.简支梁的不利开裂位置集中在荷载响应较大的支座和跨中附近,以支座处最为不利.阻尼削弱钢筋混凝土梁的动态响应,对结构影响机理复杂,非线性明显.上述分析验证了该裂缝损伤状态模型建模方法的合理性和有效性.

变时基原理在裂缝损伤梁动态检测中的应用

提出运用变时基原理解决脉冲激振试验中的频率分辨率与时域波形精度的问题,同时解决了激励与响应之间,特征时间与特征频率的差异太大的问题。结合裂缝简支梁的脉冲激振试验,表明变时基原理能够得到较为完善的激励与响应的时域和频域波形。将激振试验结果用频率变化平方比法来进行裂缝损伤位置检测,找到了裂缝损伤的位置。结果表明,变时基原理能够较好解决脉冲激振试验中的频率分辨率与时域波形精度的问题,拓展了脉冲激振试验的适用范围。

混凝土拱坝裂缝损伤检测振动法的试验研究

通过一个假想混凝土拱坝的模型试验对混凝土拱坝裂缝损伤检测的振动法进行了研究.试验模拟了一半坝厚深度、3/4坝厚深度和贯穿全部坝厚3种深度的裂缝损伤,通过振动模态测试研究了裂缝损伤对拱坝固有频率的影响,当拱坝出现一半坝厚深度裂缝时,其固有频率就出现了明显的下降,频率下降的规律与数值模拟结果基本一致;基于实测频率数据,采用统计神经网络(SNN)可以检测出一半坝厚深度和3/4坝厚深度裂缝损伤的存在;针对两种损伤指标,利用实测模态振型数据指示裂缝损伤位置的效果进行了比较,结果表明,基于模态应变能变化的损伤指标能够指示出未贯穿混凝土拱坝坝厚裂缝损伤的位置.

基于压电陶瓷的PVA-ECC混凝土柱裂缝损伤监测

目的基于压电陶瓷传感器对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)进行裂缝损伤识别研究,以指导实际工程.方法在实验室浇筑7个PVA-ECC混凝土柱,分别设置了不同深度的人工裂缝损伤,采用基于压电陶瓷的波动分析法对其进行损伤识别,计算监测信号的小波包能量、功率谱密度以及基于小波包变换的损伤指标.结果随着裂缝深度的增大,小波包能量和功率谱密度均随之减小,且小波包能量与裂缝深度之间存在线性关系,基于小波包变换的损伤指标对损伤程度敏感性较好.结论该监测方法能有效识别PVA-ECC混凝土柱人工模拟的裂缝损伤,研究结果可为PVA-ECC混凝土柱的健康监测提供参考.

压电柔性梁裂缝损伤识别实验

针对压电柔性悬臂梁裂缝损伤检测与损伤程度识别问题,采用小波包分析和小波神经网络相结合的方法进行裂缝深度识别实验研究。利用小波包频带能量谱构造柔性悬臂梁裂缝损伤指标,即能量比相对变化量的H2范数,并建立压电柔性梁裂缝损伤实验装置。激励柔性梁的振动,记录两路压电传感器采集的振动信号,进行小波包分解并计算损伤指标。将这些损伤指标进行组合,作为小波神经网络的输入特征参数,进行裂缝深度即损伤程度的识别。实验结果表明:能量比相对变化量的H2范数对柔性梁的裂缝损伤敏感,对测试噪声不敏感;采用的小波神经网络可以精确识别柔性梁的裂缝深度。

预应力连续刚构桥裂缝损伤对其承载力的影响研究

该文以大跨径预应力混凝土连续刚构桥——陕西洛河特大桥为工程背景,运用Ansys有限元程序,分析了中跨开裂后与全桥开裂后对桥梁承载力及动力特性的影响。研究表明：既有裂缝的预应力连续刚构桥,裂缝进一步发展首先出现在中跨1/4~3/8截面附近;就该模型假定的裂缝分布下,中跨开裂与全桥开裂后,桥梁承载力分别降低了12%和15%,且对危险截面的应力和挠度影响程度相近,所以当中跨梁1/4~3/8截面附近出现一定数量的裂缝,应该及时进行加固处理;当裂缝较小、数量较少时,对桥梁整体结构的动力特性影响很小。

混凝土梁裂缝损伤识别的加权整体最小二乘法

针对混凝土梁裂缝损伤识别精准度较低、识别效率较差的问题,对混凝土梁裂缝损伤识别的加权整体最小二乘法展开研究。通过混凝土梁裂缝损伤识别原理划分梁结构,构建相应的模态刚度,通过分量与有限元离散技术得到模态的单元分量占比,通过多阶模态指标的确定构建损伤参数界定公式;利用梁频率和阻尼的一致性原理创建约束条件等式组,计算梁结构刚度与自振频率估算公式,引入加权因子界定梁的整体残差目标函数,实施泰勒级数一次展开修正初始值,完成加权整体最小二乘法的运算。仿真结果表明,所提方法能够迅速对结构复杂的梁裂缝损伤做出有效识别,且识别精准度高,表明该方法具有一定的可行性。

基于有限元模型分析裂缝损伤对连续刚构桥低阶频率的影响

为研究结构裂缝损伤对连续刚构桥低阶频率的影响,建立了连续刚构桥有限元模型,计算了连续刚构桥在中跨跨中出现裂缝前后的低阶频率值,并对出现裂缝前后的低阶频率进行了比较。有限元分析结果表明裂缝损伤对连续刚构桥低阶频率的影响不大,很难通过其低阶频率变化达到判断结构是否出现裂缝损伤的目的。

基于压电智能骨料的混凝土梁裂缝损伤监测研究

针对混凝土结构裂缝损伤的重要性以及现有监测方法的不足,提出了一种基于压电智能骨料的混凝土梁损伤程度判定和损伤识别定位方法。在介绍了压电智能骨料监测原理的基础上,根据小波包分解理论构造小波包能量,提出基于小波包能量的损伤指标。试验中,将压电智能骨料等间距埋入混凝土梁中,驱动器和传感器分别用于发射信号和接收信号,采用线性正弦扫描信号分别对健康和不同损伤程度下混凝土梁的不同区域进行扫描,依据提出的损伤指标对试件损伤进行识别判定。试验结果与试件的实际损伤情况相吻合,验证了用压电智能骨料监测混凝土梁裂缝损伤的可行性。

采用压电陶瓷传感器进行混凝土结构裂缝监测的可行性研究

压电陶瓷可以用来对框架结构的裂缝发展进行全过程监测。文章通过在一个二层两榀的混凝土框架结构中埋置压电陶瓷传感器的方法进行过程试验,先是采用动荷载施加的方法进行观测,然后对模型施加静力荷载,对两种状态下模型的裂缝发展过程进行全过程监测,并采用科学的方法对数据进行处理。结果表明,采用的方法能够较好地反映模型裂缝的发展过程。不足之处在于在试验过程中,容易受到周边环境的影响,在排除了其他干扰的情况下,采用压电陶瓷作为媒介对混凝土结构进行长期监测是可行的。

基于压电波动法的混凝土裂缝损伤监测技术

针对混凝土结构裂缝损伤,探索一种基于压电波动法的裂缝损伤监测方法。分析了混凝土裂缝对应力波的作用机理,以此为基础提出了损伤程度的判别方法,同时结合混凝土结构的特点,以传感器列阵作为损伤近似定位的方法。最后,针对不同类型的混凝土试件,开展了验证性试验。将压电传感器以智能骨料的形式成对的埋置在混凝土构件内部对其在裂缝损伤发展状况进行监测。其中一个传感器用于发射信号,另一个用于接收信号,依据提出的损伤识别方法对试件损伤进行监测识别。监测试验结果与试件损伤实际情形相吻合。结果表明:所提出方法能很好地揭示损伤的发展趋势,可用于混凝土结构服役期间的裂缝损伤监测。

泛函分析在裂缝简支梁损伤检测及参数识别中的应用

利用扭曲弹簧模型,对裂缝简支梁前三阶固有频率的变化与裂缝深度及位置的关系进行了理论分析。对简支梁遭受多种裂缝局部损伤的动力特性进行试验研究,并通过泛函分析及泛函极值定理确定出局部裂缝损伤位置,然后再代入弹簧刚度模型求出裂缝深度参数,识别结果与实际模拟结果平均误差为5.0%。结果表明,用固有频率结合泛函分析方法,获得的裂缝检测方法检测精度较高,裂缝位置识别结果最小误差为2.20%,深度识别结果最小误差为2.10%,并克服了仅仅依靠固有频率难以确定裂缝损伤位置的缺点。

掺合料大体积混凝土裂缝控制损伤研究

大体积混凝土早期裂缝问题已经是结构设计中必须考虑问题,在裂缝控制方面,学者们已经进行了大量的实践研究,总结了诸多原因。粉煤灰作为混凝土的第四组分,已经被工程界所接受。在混凝土中掺加粉煤灰可以有效的降低混凝土早期水化热,减小温度应力,防止结构早期开裂。粉煤灰添加量对混凝土的裂缝影响不明确,研究者虽进行了大量的试验,但对结果量化者甚少。通过总结试验数据,粉煤灰掺量对早期混凝土应力影响进行量化,独立提出混凝土早期开裂损伤控制指标,方便工程设计施工使用。

融合分形维值的路面裂缝损伤评价模型

针对路面裂缝损伤评定指数(PCI)计算方法没有顾及裂缝空间相关性的问题,在面向像素的损伤统计计算基础上,重构只含裂缝和背景的二值影像,利用网格法快速计算单个裂缝的分形维值,作为计算裂缝损伤度的有效贡献值,提出了融合裂缝影像分形维值的路面损伤评价指标(FPCI)。计算均方差误差率和相关系数来评价不同裂缝的空间关系,通过计算多个道路影像的裂缝损伤指数,构建了融入裂缝整体特征和裂缝间相互关系的路面裂缝损伤评价模型,并对20幅不同类型的水泥和沥青路面影像进行试验分析。研究结果表明:对同一幅图像,FPCI与实际损伤度(PPCI)最大相差绝对值为0.5%,最小相差绝对值为0.1%,而PCI试验结果与PPCI的最大相差绝对值为1.3%,最小相差绝对值为0.4%,说明FPCI方法比PCI方法更能准确刻画路面的损伤情况;PCI损伤度与实际损伤度间的均方根误差大于FPCI损伤度与实际损伤度间的均方根误差,FPCI比PCI更能体现路面裂缝的损害程度;FPCI在数理统计的基础上加入了裂缝的相关特征和空间几何特征分形维值,比PCI评价计算更趋合理,能更准确地表征路面裂缝损伤程度,可推广到路面坑槽、沉降、龟裂等其他类型损伤程度的量化计算。