基于导波模态分析的高强钢丝腐蚀评估

为提高桥梁缆索损伤声发射监测的精度和可靠度,将小波变换的用于导波模态分析,提出了基于导波模态特征的高强钢丝腐蚀评估方法。通过有限元方法模拟多模态导波在索内单根高强钢丝中的传播过程,采用小波变换对节点振动加速度信号进行模态分析,并与柱波导理论时频曲线对比。通过在不同腐蚀程度高强钢丝上进行导波传播实验,分析了腐蚀损伤对导波模态特征的影响,并根据导波模态的频率分布特征构建评估指标,进行腐蚀评估。结果表明：有限元节点不同方向振动所包含的模态存在差异,数值计算结果与理论值吻合较好。高阶纵向导波频率更高,能量衰减更快,波形在反射过程中迅速消失。随腐蚀程度增加,高频高阶导波衰减严重,导波模态逐渐向低频低阶转移。基于导波模态特征的评估指标随腐蚀程度的增加单调上升,理想情况下,腐蚀率在7.6%以内的高强钢丝腐蚀损伤均可被有效识别。可见小波变换能够有效提取导波模态特征,基于导波模态特征构建评估指标可有效识别腐蚀损伤。     

含裂纹高强钢丝的腐蚀损伤与拉伸性能研究

为了研究桥梁含裂纹拉索钢丝的腐蚀损伤机理和受拉力学特性,以含预置裂纹的腐蚀高强钢丝为研究对象,采用电弧线切割方法、中性盐雾腐蚀试验、拉伸试验、电镜试验和有限元分析,开展相关内容研究.提出了考虑中性盐雾腐蚀影响的含裂纹高强钢丝拉伸受力性能的评价方法.结果表明:刻痕的应力集中系数远大于正常腐蚀蚀坑的系数,钢丝力学性能的变化是由于初始裂纹进一步腐蚀而引起,特别在腐蚀初期,钢丝处于非常不利的阶段,其受拉性能较低.建立的初始裂纹钢丝有限元模型,能较好地描述中性盐雾腐蚀试验和静力拉伸试验得出的质量损失率、截面面积损失率及极限强度的关系.     

高模量玄武岩纤维-钢丝复合筋的力学性能

玄武岩纤维筋作为一种耐腐蚀性能优良的新型复合材料筋,因其抗拉弹性模量低以及延性差的不足,限制了它的推广应用.针对此问题,根据复合原理,将钢丝和玄武岩纤维原丝一起拉挤成型,研制出高模量玄武岩纤维-钢丝复合筋.从理论上分析了玄武岩纤维-钢丝复合筋受力机理,并对其进行了单向拉伸试验研究.试验结果表明,掺杂钢丝可以显著提高玄武岩纤维筋的抗拉弹性模量,并改善其延展性;玄武岩纤维-钢丝复合筋应力应变关系曲线具有双线性特征;复合筋抗拉弹性模量与钢丝掺量呈线性关系,掺杂钢丝24%时,复合筋抗拉弹性模量可达76 580 MPa.     

基于ANSYS的2根拉索平行钢丝接触问题有限元分析

由于2根钢丝接触问题可以作为整个拉索断面平行钢丝间接触问题的简化,故在用ANSYS有限元方法分析整个拉索断面平行钢丝排列模型的接触问题之前,运用经典理论解和ANSYS有限元方法对2根拉索平行钢丝间接触问题进行了较为详尽的分析,确定出了两根钢丝间的接触宽度、在接触面上产生的最大接触应力及分布等主要参数.同时,将2种分析方法得出的结果进行了对比,表明用ANSYS有限元方法求解接触问题是可行的,其求解的准确性和精度能够满足要求.     

桥梁缆索高强钢丝均匀腐蚀及点蚀的规律

为了研究桥梁缆索高强钢丝均匀腐蚀及点蚀的规律,采用酸性盐雾试验制作了6种共30根不同腐蚀程度的钢丝试件,通过质量分析、三维扫描等手段,研究了腐蚀高强钢丝均匀腐蚀深度、点蚀深度的演变规律.试验结果表明:均匀腐蚀深度随腐蚀时长的变化遵循幂函数规律,均匀腐蚀深度的变异系数随腐蚀时长减小;钢丝的点蚀深度服从正态分布,最大点蚀深度服从极值I型分布.最后,建立了均匀腐蚀深度与最大点蚀深度的预测模型,并运用于具体实桥分析预测中.     

复合接触线生产的钢丝加热控制

高速铁路复合接触线的制造在我国尚属起步阶段。在采用先进的连续挤压包覆技术生产复合接触线时,钢丝的预热温度对产品的质量有重要的影响。在感应加热理论和热传导理论的基础上,建立了钢丝感应加热控制的数学模型,代入感应加热器的具体参数,用Matlab仿真对钢丝运行的在线加热建立了感应加热的控制模型,实施了复合接触线生产的钢丝连续运行感应加热的自动控制,在采用连续挤压包覆技术生产复合接触线上取得了较好的效果。     

基于二级横张法的PC桥梁高强钢丝有效张拉力测试

 为了检测PC 桥梁高强钢丝的有效张拉力值,采用自主研发的预应力钢索张力测试仪（LCZL-50）,在WED 系列电子万能试验机上进行了试验测试研究。首先通过试验机将高强钢丝张拉到不同预应力值,应用二级横张原理对高强钢丝进行有效张拉力测试,然后基于最小二乘法对试验测试数据进行分析处理,通过回归计算得出高强钢丝的有效张拉力。将该方法用于实桥测试和计算,结果显示,ø5 mm 高强钢丝在较小横张力作用下,横张力与横张位移成线性变化,且满足小变形条件,其有效张拉力实测值与理论值的误差小于5%,表明该方法的测试精度满足实际工程需要,可为PC 桥梁的维护、加固或改造提供技术依据。     

掺复合微细集料配制高强混凝土的研究

研究了掺高效减水剂与各种微细集料(粉煤灰、细磨沸石)配制高强泵送混凝土的方法和机理.结果表明,掺加上述微细集料可以有效地改善混凝土中水泥浆及界面结构,显著提高混凝土强度.用Ⅱ级粉煤灰与细磨沸石复合作微细集料,混凝土中水泥用量为460kg·m~(-3)时,28d混凝土强度可达75.5MPa.     

增强型复合碳纤维材料的弹性常数矩阵及超声传播特性

用声学方法测量了各向异性增强型复合碳纤维材料的弹性常数矩阵．由此矩阵，根据各向异性体的声波特征方程，给出材料在有关截面内的慢度曲线。所建立的方法可进一步用于这种材料的检测，并为研究材料的阵列扫描检测技术提供了基础。     

基于刚度及经济的CFRP与钢组合拉索设计理论

基于钢斜拉索、碳纤维增强塑料(CFRP)斜拉索适用跨径研究结果,针对1 400~2 800 m主跨斜拉桥整体刚度不足提出一种新型结构方案,即基于刚度及经济性能的CFRP与钢组合拉索方案.该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索同时应用于斜拉桥中,将２种材料高强轻质及弹性模量高的优点进行组合,以充分提高斜拉索的等效刚度,进而提高斜拉桥的整体刚度.详细介绍该组合方案设计思路与方法,通过比较等效刚度以及经济性能给出２种材料斜拉索推荐组合比例.最后,通过一座1 400 m主跨CFRP与钢组合拉索斜拉桥试设计说明该方案相对传统方案整体刚度上的优势,证明其工程应用的可行性,是主跨为1 400~2 800 m斜拉桥的优选方案之一.     

外包角钢与CFRP复合加固中长柱承载力分析

通过9根外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土中长柱的轴心受压试验,研究了复合加固中长柱的破坏特征和受力性能,提出了合理的约束模型和核心混凝土的本构关系．在试验研究的基础上,结合折算模量理论．建立了外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土中长柱的折算模量计算方法,并推导了复合加固中长柱的非弹性屈曲临界承载力计算公式。公式中考虑了柱长细比、碳纤维布置、缀板量和角钢量等因素的影响,同时编制了承载力的电算程序,其计算结果与试验结果吻合较好,可为实际工程应用提供参考．     

CFRP加固钢筋混凝土简支梁桥的设计计算

由于碳纤维受力过程中特有的线弹性性质,粘贴加固计算时需判断加固截面的应变状态。结合某钢筋混凝土简支T形桥梁粘贴碳纤维片加固设计,应用碳纤维片加固受弯构件正截面强度计算公式,介绍了该公式在加固设计及强度复核中的应用方法及注意事项。加固前后的荷载试验结果表明,粘贴碳纤维片可大大提高主梁的抗弯刚度,增加主梁的承载潜力,有效抑制了混凝土的开裂。     

施加预应力阶段CFRP布加固组合梁界面剪应力计算

在预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁过程中,CFRP布与钢的粘结力在很多情况下决定构件是否破坏.胶结层剪切模量和CFRP布弹性模量是影响粘结力的重要因素.利用弹性理论,结合预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁受力特征,建立了施加预应力阶段界面剪应力的计算公式.计算结果表明,加固时组合梁跨中界面剪应力最小趋于零,越靠近CFRP布端部界面剪应力增大越快,在CFRP布端部出现明显的应力集中现象;界面剪应力随胶结层剪切模量的增大而减小,随着CFRP布弹性模量和胶结层厚度的增大而增大.     

CFRP加固钢结构吊车梁疲劳有限元分析及应用

钢结构吊车梁疲劳破坏是其未达到设计使用年限破坏的主要原因。文章提出实体-桁架-壳元有限元分析模型对吊车梁采用CFRP加固前、后的疲劳性能进行分析,发现粘贴CFRP可以有效地降低焊趾处的应力集中问题,明显改善吊车梁的疲劳性能,从而延长吊车梁的使用寿命。与传统的钢结构加固方法相比,吊车梁粘贴CFRP加固后其性能恢复非常显著。分析结果表明,所采用的有限元数值模型可以分析CFRP加固钢结构,对钢结构吊车梁应用CFRP加固的方法也为类似工程提供参考。     

配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁受弯性能试验与分析

在试验的基础上,研究了1/5模型配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁在弯曲荷载作用下的受力性能,测试了构件跨中挠度及顶板、底板和沿截面高度应变大小;分析了应变在截面上的分布规律,通过现行规范公式计算对比试验结果,验证了配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁在截面高度方向上的平截面假定,并初步提出其受弯剪力滞效应设计系数.图3,表1,参5.     

碳纤维布加固混凝土框架受力性能

为了避免纤维布拉断、剥离等提前破坏模式,提出了铝角钢/FRP加固框架结构梁、柱端部的新型加固方法.介绍了两跨两层框架试件的几何、配筋、加固过程和试验方法.通过比较分析,选择合适的应力-应变模型以模拟FRP对混凝土的约束效应,截面的弯矩-曲率关系近似地采用带软化段的四折线型,对加固后的框架进行非线性分析,与试验结果作了对比.最后,研究了混凝土约束效应、加固长度、合理选择待加固杆件对加固框架受力性能的影响.数值分析结果与试验结果吻合良好,FRP产生的约束效应对框架受力有较大影响,适当选择加固长度和加固量,可以实现塑性铰或破坏面位置的转移,特别加强薄弱的杆件,可以取得显著的加固效果.     

预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

为了研究预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁的疲劳性能,进行了4根CFRP布加固的钢筋混凝土和1根对比梁的试验研究.试验中考虑的变量为碳纤维应力强度比、疲劳荷载幅和CFRP布粘贴层数.试验梁采用双点对称等幅、等频率加载.试验结果表明:未加固的对比梁受疲劳荷载作用时,裂缝少而宽;非预应力CFRP布加固梁,裂缝多而密,裂缝高度...     

碳纤维布和玻璃纤维布加固柱的特性分析

通过实验对比，分析了玻璃纤维布加固柱和碳纤维布加固柱的受压性能。实验结果表明，经纤维布包裹加固后，柱的承载力和极限压应变均有提高，提高的量值随纤维布约束能力的增加而增大；碳纤维布的加固效果优于玻璃纤维布的加固效果，但在承载力提高相同的条件下，采用碳纤维布加固所需的费用高，性价比相对较低。     

超千米级CFRP与钢组合拉索斜拉桥动力性能分析

为研究超千米级碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合拉索斜拉桥动力性能,参考苏通大桥设计参数,选择优化的组合拉索面积比,分别建立1 400 m CFRP与钢组合拉索斜拉桥有限元模型以及全钢、全CFRP拉索斜拉桥2个对比模型.首先,对组合拉索斜拉桥以及对比模型的固有频率和振型进行计算.然后,选择典型地震波进行地震动响应时程分析,并分别研究一维激励和三维激励2种输入形式.最后,采用规范法,从颤振稳定性、静力扭转稳定性以及抖振振幅估计3个方面对抗风稳定性进行分析.结果表明:采用合理优化面积比0.35,可使CFRP与钢组合拉索斜拉桥的抗震性能不仅优于传统钢拉索设计以及价格昂贵的全CFRP拉索设计,而且其主要构件内力数值也较低;对于抗风稳定性,组合拉索斜拉桥略低于全钢拉索设计,但明显优于全CRFP拉索设计,可在减轻拉索自重的同时提高其经济性能.     

CFRP加固爆炸损伤UHTCC梁抗弯性能试验

为研究碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固爆炸损伤超高韧性水泥基复合材料(ultra high toughness cementitious composite,UHTCC)梁的抗弯性能,本研究制备了7根不同纤维种类及箍筋间距的UHTCC梁。通过跨中接触爆炸损伤模拟(120g乳化炸药)、CFRP加固与加固后四点弯曲试验,获取了试件破坏形态、荷载-挠度曲线及UHTCC和CFRP的应变演变规律。结果表明：随着箍筋间距增大,CFRP加固爆炸损伤UHTCC梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪压破坏;掺入纤维显著提升了梁的抗弯承载力(钢纤维提升幅度最大,达到11.68%),缩短了屈服平台;提高了UHTCC极限应变(钢纤维提升6.69%)和CFRP剥离应变(PE纤维提升7.73%),应变性能随箍筋间距增大而降低(钢纤维降幅最大达到46.40%);所建抗弯承载力计算模型与试验吻合良好。