水泥基碳纤维智能层检测混凝土梁的试验研究

为研究水泥基碳纤维复合材料的应变传感特性,对带有预制裂缝的混凝土梁试件进行三点弯曲试验。试验结果表明:水泥基碳纤维智能层传感器可感知混凝土梁平均应变的变化;且其与弯拉荷载呈线性变化关系。在压阻效应第一阶段,短切碳纤维发生重新搭接而使得水泥基智能层的电阻变化率随平均应变的增加而急剧增加;在压阻效应第二阶段,水泥基智能层形成新的导电网络其电阻变化率基本趋于稳定;且与梁的平均应变有很好的线性一致性。因此,可通过监测水泥基智能表层电阻变化率来监测梁的平均应变,从而达到检测裂缝宽度的要求。     

碳纤维机敏混凝土梁弹性应力自监测实验研究

基于碳纤维混凝土材料的压力机敏性,采用两电极法研究了CFRC梁构件弹性应力自监测的规律．循环荷载实验结果表明,试验梁受压区CFRC弹性应力状态开始变化时,其电阻变化率存在滞后反应现象,但在随后的应力状态变化过程中该滞后反应消失,且电阻变化率与弹性压应变基本保持一定的线性相关关系．测试结果具有良好的可重复性．基于实验所得CFRC电阻变化率与弹性压应变的相关曲线,可实现碳纤维机敏混凝土梁控制截面的弹性应力自监测．     

高持续荷载下混凝土徐变和损伤耦合机理

为研究混凝土在高持续荷载作用下徐变和损伤的耦合机理.采用加卸载、碱骨料及高温烘烤获得了带不同初始损伤的混凝土,并开展了损伤混凝土在不同应力水平高持续荷载下的徐变试验,分析了混凝土徐变变形和损伤随持荷时间的变化规律,研究了单调加载和持续荷载下材料内部损伤演化和应变能累积的关系.结果 表明:混凝土在长期荷载作用下损伤随徐变应变增加而增大,在损伤稳定发展阶段徐变应变与损伤基本呈线性关系.混凝土在不同荷载形式下应变能和损伤的演化关系相同,可以通过混凝土单轴损伤-应变能关系来表征高持续荷载下徐变和损伤的耦合关系.研究成果可以为长期荷载下混凝土结构分析提供参考.     

单轴循环加卸载作用下红砂岩变形损伤及能量演化

利用RYL-600型微机控制剪切流变仪对红砂岩试件开展低频率单轴循环加卸载试验,研究该条件下红砂岩的疲劳变形、损伤特性及能量演化规律.研究结果表明:1)该红砂岩应力上限疲劳破坏门槛值在75%～85%之间,且疲劳寿命随应力上限增加而急剧减少.2)低频单轴循环加卸载条件下红砂岩轴向变形呈现3个阶段,开始阶段应变量较小但增速很大,稳定阶段应变逐步缓慢增长,破坏阶段应变量和应变增速都快速增大;3个阶段中滞回环密集度呈现出典型的疏—密—疏特征,单个滞回环形状表现出"胖—瘦—胖"的发展规律,且其面积随应力上限增加而增大.3)损伤发展过程呈现起始阶段、稳定扩展阶段和加速破坏阶段的3阶段特征;应力上限越高,损伤发展越快;3个阶段中,循环次数占据疲劳寿命最小部分的加速破坏阶段产生绝大部分的损伤增量.4)弹性能随循环次数增加先增大后保持稳定,但临近破坏时因材料弹性减弱而减小;耗散能在循环开始时较大,然后随循环次数增加先减小而后趋于稳定,临近破坏时又急剧增大至近4倍,岩石破坏伴随耗散能的急剧增大.5)岩石内部应力调整反映在滞回环演化中,滞回环面积越大,单次塑性变形越大,损伤程度越高,能量耗散越严重.     

疲劳荷载对橡胶-钢纤维混凝土变形、能量及损伤性能的影响

为了探究橡胶-钢纤维混凝土(R-SFC)在疲劳荷载下的变形、能量以及损伤特性,本文利用电液伺服万能试验机对R-SFC进行静态压缩增幅循环加-卸载试验。结果表明:应力-应变曲线由密变疏,同时应力退化也逐渐增大;随着循环次数的增加,不闭合度呈现先减小后趋于稳定再增大的“三阶段”变化;加、卸载变形模量随着循环次数的增加而逐渐增大,且卸载变形模量小于相应的加载变形模量;加载应变、累积残余应变随着循环次数的增加而增大,且钢纤维混凝土(SFC)的加载应变和累积残余应变均大于R-SFC;总输入能速率、弹性应变能速率随着循环次数的增加而增大;随着循环次数的增加,耗散能先缓慢增大再迅速增大,且R-SFC的耗散能大于SFC;累积残余应变损伤和能量耗散损伤随着循环次数的增加而逐渐增大,且R-SFC的能量耗散损伤大于SFC,但R-SFC的累积残余应变损伤则小于SFC。     

碳纤维复合材料单向层合板自传感特性

通过测试碳纤维/环氧复合材料(CFRP)单向层合板单轴拉伸和循环拉伸时的电阻变化,研究了碳纤维复合材料单向层合板自传感特性.结果表明:不同铺层方向CFRP单向层合板拉伸时体积电阻变化特性各不相同,该电阻变化特性比应力、应变能更多地反映有关材料内部结构变化的信息;CFRP单向层合板具有压阻效应,压阻效应随着应力的增加而增加,偏轴拉伸、横向拉伸时压阻效应比纵向拉伸时要大,且随铺层方向角的增大,压阻效应越来越明显.利用CFRP单向层合板这种自传感特性,可实现在线实时自监测以及对其损伤、破坏的自诊断.     

循环荷载作用下公轨合建盾构隧道的损伤特性

为了研究循环荷载作用下公轨合建盾构隧道的损伤分布特征和损伤演化规律,利用有限元软件ABAQUS和混凝土塑性损伤模型,建立盾构隧道及内部结构数值模型,分析循环荷载幅值为50、 100、 150 kN和不同循环次数时隧道内部结构的损伤特性。结果表明：当循环荷载作用于中间车道时,隧道内部结构的拉致损伤主要位于边跨面层和预制箱涵中部,并且拉致损伤范围随循环次数的增大而逐渐增大;压致损伤主要集中在中跨面层和预制箱涵支座处路面,扩散趋势不明显;内部结构的拉、压致损伤随循环荷载幅值的增大而增大,并且循环荷载幅值对内部结构损伤的影响远大于循环次数的影响;内部结构的塑性应变分布趋势与拉致损伤分布趋势相似,混凝土的材料特性使得塑性应变在初始阶段明显增加,随着循环次数的增加,塑性应变趋于缓慢增长。     

荷载-硫酸盐共同作用下纤维混凝土柱受压性能

为研究在荷载-硫酸盐共同作用下聚丙烯纤维混凝土柱的偏心受压性能,对8个聚丙烯纤维混凝土柱和1个普通混凝土对照柱进行了偏心受压静力试验,获取了荷载-变形曲线、荷载-钢筋应变曲线以及截面应变,分析了应力比和腐蚀时间对试件破坏形态、延性以及峰值荷载等的影响.结果 表明:聚丙烯纤维的加入,可有效抑制硫酸盐的侵蚀作用;峰值荷载随应力比的增加呈先提高后降低趋势,随腐蚀时间增加亦呈先提高后降低趋势,150 d时承载力较120 d降低了15.83％;位移延性系数随应力比的增加而减小,随腐蚀时间增加呈先增加后降低趋势,150 d时位移延性系数较60 d降低了15.79％.同时考虑应力比及硫酸盐对混凝土的损伤,引入损伤因子,建立经历荷载和硫酸盐作用后的混凝土抗压强度计算公式;考虑聚丙烯纤维混凝土抗拉强度对受拉区的贡献,采用等效矩形应力图简化计算方法,引入受拉区等效系数,建立荷载与硫酸盐共同作用下聚丙烯纤维混凝土柱承载力计算公式;并考虑聚丙烯纤维和硫酸盐腐蚀的影响,建立了最大裂缝宽度计算公式.理论计算值与试验值吻合较好.     

内掺CCCW的石墨水泥基复合材料的压敏性

采用四电极法研究了内掺水泥基渗透结晶防水材料(CCCW)的石墨水泥基复合材料(GCC)的压敏性.结果表明,电阻率随石墨掺量的变化呈现渗流特征,渗流阈值为20%.渗流区和超过渗流区的GCC的电阻率具有明显的压力依赖性.石墨掺量为水泥质量分数20%和50%的试样,在压应力幅值6.25 MPa循环荷载作用下的应变灵敏度系数(单位应变的电阻变化率)分别约为37和22,远高于电阻应变片的2.     

考虑环境变温作用的大跨桥梁疲劳损伤分析

基于桥梁健康监测系统记录的温度时程数据,研究钢箱梁顶板、底板的温度变化特征和规律,利用间接耦合法将热分析的温度数据作为体荷载施加于结构多尺度有限元模型,获得了环境变温引起的结构应力,实现了从热分析到结构应力的分析.然后,利用健康监测系统记录的应变时程数据,考察车辆荷载和环境变温所引起的应变特征的差异,提取和分离出由环境变温和车辆荷载引起的应变时程,并与模拟得到的应力时程加以对比和相互验证,在此基础上利用连续介质损伤力学理论分析车辆荷载单独作用以及车辆和环境变温交互作用所引起的桥梁累积损伤.结果表明:提出的损伤分析流程可实现桥梁关键部位在考虑环境变温和车辆荷载两种因素作用下的损伤分析.环境变温单独作用所引起的疲劳损伤很小,基本可以忽略,但两者交互作用所引起的结构疲劳损伤相对于车辆单独作用下的损伤有显著差异.在服役初期环境变温的作用并不显著,随着疲劳损伤的不断增加,这种交互作用对结构疲劳损伤累积的影响会愈发明显,即环境温度变化引起的荷载会加速结构服役中后期疲劳损伤的累积速率,进而对结构疲劳寿命产生显著影响.