锈蚀钢筋混凝土结构抗力衰变综述(Ⅰ):材料层次

针对锈蚀钢筋混凝土结构抗力衰变的影响因素复杂多样,从锈蚀钢筋力学性能、基于锈胀开裂的混凝土截面损伤、锈蚀钢筋与混凝土粘结性能等3个方面,回顾评述了相关研究成果,比较分析了既有锈蚀钢筋力学性能退化模型和粘结性能退化模型的异同,进而指出了当前研究存在的不足以及有待深入研究的方向.结果表明:既有材料层次的衰变模型多依赖于有限试验的经验回归,模型的普适性仍有待提升;从细观甚至微观的角度,探索钢筋的锈蚀形成与损伤演化,以形成统一的锈蚀后材料性能劣化模型,仍是有待进一步探索的研究方向;既有研究对混凝土自身性能的劣化关注不足,老化混凝土自身性能与时间关联模型的建立,有助于提高结构剩余寿命的预测精度.     

基于金属磁记忆的钢结构焊缝疲劳试验

金属磁记忆检测技术已经在对接焊缝疲劳损伤检测方面有了诸多研究成果,但是目前的研究主要集中于对接焊缝的拉压疲劳,与实际结构中焊缝的弯拉疲劳过程之间存在差异.为此,本研究开展了含对接焊缝的工字钢梁疲劳试验,旨在真实地模拟实际工程中对接焊缝的疲劳开裂过程,揭示疲劳过程中磁信号的变化规律.试验结果表明:焊缝的初始焊接状态对于磁信号分布曲线的变化趋势有一定的影响,对于同一焊缝,当其初始磁信号曲线分布趋势相似时,其峰值及谷值随疲劳周次的变化趋势基本一致;研究发现,磁信号分布曲线的突变可以表征宏观疲劳裂纹出现,但是在疲劳稳定阶段,磁信号法向分量对于疲劳损伤的累计更加敏感;经过标准化处理后的矢量合成磁场平均值特征曲线可以表征焊缝疲劳的变化过程,捕捉到疲劳裂纹萌生的广义时间节点,从而对宏观疲劳裂纹的出现起到预警作用.     

考虑端部效应的钢筋锈蚀自发漏磁检测试验与仿真

自发漏磁检测技术可以对钢筋锈蚀缺陷进行诊断,但是当锈蚀区域距离钢筋端部较接近时,该区域漏磁信号会受到端部退磁场信号的影响。本文针对端部效应较明显的钢筋进行加速锈蚀试验,采集钢筋空间自发漏磁信号,通过试验和COMSOL仿真分析,提出了基于切向磁感应强度梯度峰值间距的钢筋锈蚀宽度判别方法,构建了考虑端部效应的钢筋锈蚀度评价指标。结果表明：当提离高度为6cm时锈蚀宽度判别方法的最小相对误差为4%,平均相对误差为27.9%;通过有限元仿真分析验证,该方法同样适用于锈蚀区域不对称时锈蚀宽度的判断;该钢筋锈蚀度评价指标能有效的排除磁参数差异造成的端部效应影响,且该指标数值出现异常下降时,表示钢筋的锈蚀程度已经处于严重阶段。     

基于混沌猴群算法的结构有限元模型修正研究

有限元模型修正可转化为优化问题,基于此,将全局寻优算法--混沌猴群算法引入到有限元模型的修正中。利用响应面法,实现结构响应与待修正参数间非线性隐性关系的显式表达,基于最小残差原理,建立优化目标函数;利用混沌猴群算法求解该函数,得到修正后的结构有限元模型。以一个数值算例验证了该方法在结构有限元修正中应用的可行性。本文研究拓宽混沌猴群算法的应用范围,为有限元模型修正提供了一种新的思路。     

UHPC与普通混凝土界面黏结性能研究综述

对比分析了超高性能混凝土(UHPC)与普通混凝土(NC)黏结界面的力学性能和耐久性能,评述了UHPC-NC界面黏结影响因素、力学性能、耐久性能3方面的研究成果.对UHPC-NC界面力学性能产生影响的纤维增强机理、约束收缩机理及冻融损伤机理进行了研究,分类讨论了黏结面力学试验和耐久性试验方法及试验结果.阐述了UHPC-NC界面破坏模式和力学性能研究成果,并对UHPC加固性能劣化NC桥梁进行展望.结果表明:UHPC纤维和界面处理情况对界面黏结性能影响显著;UHPC-NC黏结界面的力学性能和耐久性能明显优于NC-NC界面,耐久性能表现最优越.     

应力历史影响下混凝土应力的激光超声检测

为了探讨应力历史对激光超声技术检测混凝土应力状况的影响,应用声弹性技术原理,开展了基于激光超声的混凝土试件单轴循环加载试验,分析了应力历史对声弹性效应的影响。试验结果表明,多次循环荷载作用后瑞利波速度与应力在荷载循环阶段表现出稳定的正比例关系。由实测瑞利波相对波速与应力拟合得到的声弹性系数可用于计算混凝土试件绝对应力,计算误差受历史应力影响,声弹性公式的应用表现出一定的局限性。根据试件从无应力状态重新加载直至破坏状态这一阶段非绝对线性的波速—应力曲线,利用70%的极限应力定义了混凝土构件的安全系数并构建了安全系数与应力状态的模型,提出了一种基于激光超声的混凝土应力状况判别方法,对混凝土绝对应力的计算结果加以补充判断,为混凝土应力状况的检测与评价提供参考。     

基于有限测点的悬索桥位移场获取与安全评估

为对桥梁进行位移监测与安全评估,提出了基于有限点监测的桥梁位移获取技术和桥梁安全评估技术。首先通过实际的监测方案对有限点进行监测,反算荷载加载到有限元模型,实现全桥的实时有限元分析。接着将位移实测值经过处理后作为"实测值",分析得到各个截面位移所对应的"包络区间",最后将位移指标的包络区间是否能包络其对应的实测值作为评估的判断条件。综合分析表明:将六个监测点信息都用于反算,得到的监测点值与实测值基本符合,两者差值在5%以内,后续可采用临时监测信息来检验反算荷载的准确性;该大桥最大容许挠度为L/300=380×1 000/300=1 266.7 mm。从提取的历史数据中最大挠度为:1 029.3 mm,在容许挠度范围内,由此可见大桥运营状况良好。采用基于有限点监测的桥梁位移获取技术和桥梁安全评估技术,可以实现对桥梁进行位移监测和安全评估的要求。     

基于应变斜面斜率的圬工拱桥加固后组合截面承载力计算方法

针对圬工拱桥通过增大截面法、套箍法等加固后组合截面承载力计算问题。在考虑原结构初始应力及材料非线性的基础上,从轴力及弯矩与应变斜面斜率的关系出发,分析了组合截面抗拉极限状态及抗压极限状态下的承载力,提出了存在二次受力的组合截面承载力计算方法;并以上、下缘均加固的矩形组合截面为例,推导了计算公式。通过工程实例进行了验证,结果表明方法可行。     

弱磁检测漏磁信号影响因素实验与仿真研究

弱磁检测能够有效地发现钢筋、钢绞线等铁磁构件因锈蚀产生的结构受损;但是这些铁磁材料会因所在地点、所受地磁场磁化时间的不同,从而使其在弱磁检测中所受的地磁场强度与自身磁化程度也不同。所以,为了探究地磁场与自身磁化对采集到的漏磁信号是否存在影响,在此通过磁屏蔽与退火的方法控制地磁场与自身磁化强度两个变量,进行漏磁信号检测对比实验。为了进一步分析实验结果,采用COMSOL软件对实验进行仿真模拟。结果表明:地磁场对漏磁信号只存在数值上的影响,不会明显改变漏磁信号的变化规律;而自身磁化才是影响漏磁信号规律的主要因素。与此同时,仿真结果也与实验结果保持一致。     

混凝土内锈蚀钢筋的漏磁信号分析

将漏磁检测技术应用于混凝土内部钢筋的锈蚀检测中,以磁偶极子模型为理论依据,在对锈蚀钢筋进行数值模拟的基础上,完成了对10个试件的加速锈蚀、磁信号采集及分析.提出了基于磁偶极子模型的钢筋锈蚀损伤漏磁场空间分布计算理论,计算了锈蚀钢筋的漏磁场的空间分布,分析得到沿试件纵向的磁感应强度B_x-x曲线图和磁感应强度梯度K_x-x曲线图.数值模拟和试验结果表明:根据磁感应强度B_x-x曲线的峰值可半定量评估钢筋的锈蚀程度,根据磁感应强度梯度K_x-x曲线的零点间距可定量判断钢筋的锈蚀区域,且箍筋及混凝土保护层厚度对于钢筋锈蚀损伤检测的影响较小,可以忽略不计.