新型可测量大变形的弯曲型光纤光栅裂缝传感器

光纤光栅传感技术以其自身的优势,在结构裂缝监测等工作中得到了广泛的应用,然而由于其自身很容易折断的特点,其测量的范围较小.在前人研究成果的基础上,设计了一种简易弯曲型光纤光栅裂缝传感装置,并通过实验对此传感装置的性能进行了验证.实验结果表明,本裂缝传感装置切实可行,可明显提高普通光栅光纤传感器的测量范围,而且具体良好的重复使用能力,以应对实际工程中裂缝开展情况的不确定性.     

混凝土坝裂缝转异监控模型研究

融汇裂缝安全监控理论及其转异诊断方法建立了混凝土坝裂缝转异监控模型,重点研究了裂缝长度对裂缝口张开位移的影响。基于虚拟裂缝模型的基本假定,对混凝土坝裂缝的扩展过程进行了线性假设;通过动力学结构突变和统计学模型突变的检验方法获取混凝土坝裂缝的转异点;把对转异监控模型的求解转化为极值优化问题,并利用粒子群优化算法进行解答,据此完成了对混凝土坝裂缝转异监控模型的建立及求解.文末以某混凝土重力坝105m高程的典型裂缝为例对所提出的转异监控模型进行了验证。     

基于POF-OTDR的混凝土坝裂缝定量监测及POF布设研究

塑料光纤由于弥补了石英光纤易发生断裂的不足,且具有大纤径、良好韧性、高可塑性、低成本等优良特性,在结构健康监测领域具有广阔的应用前景.为了利用塑料光纤实现对混凝土坝裂缝的定位、定宽和定向监测,本文结合理论分析和模型试验研究了基于塑料光纤-光时域反射技术(POF-OTDR)的裂缝定量监测方法.首先通过大量试验建立了裂缝的定量监测模型,在分析裂缝监测的可能构型的基础上提出了双支塑料光纤的裂缝定量监测方法,并通过试验加以验证,然后以此为基础提出了塑料光纤混凝土坝裂缝监测基本网络构型.最后,以某混凝土拱坝为例结合数值计算研究了塑料光纤裂缝监测网络布设.     

基于骨料几何本征混凝土干缩开裂的三维细观研究

结合激光扫描测试和三角网格折叠算法形成了基于骨料几何本征的三维骨料模型库,提出了基于拟合体的真实骨料间接投放算法,建立了干燥环境下混凝土收缩开裂研究的细观尺度数值分析模型.通过湿扩散模拟确定混凝土湿度场的空间分布,根据湿度场的变化计算混凝土试块的损伤分布,模拟结果与已有试验结果吻合良好,验证了模型的可行性.在此基础上,研究了在干燥环境下混凝土干缩裂缝的扩展机理,揭示了混凝土表面干缩裂缝发展规律与细观介质之间的内在联系.结果表明,混凝土试块棱边较表面水分损失更快,更易产生初始裂缝;混凝土初始裂缝和表面损伤点与在表面下的骨料位置重合,且受骨料离表面的距离和粒径影响;随着环境相对湿度的降低,表面裂缝发展深度不断增加,试块表面出现更多贯通裂缝和损伤点,呈现以表面下骨料位置为节点的“龟裂”形态.     

基于动力学结构突变的混凝土坝裂缝转异诊断方法研究

提出了混凝土坝裂缝转异诊断的动力学模糊互相关因子指数法,并利用该方法检验了Logistic时间序列由倍周期分枝走向混沌的结构突变过程,表明该方法具有鉴别时间序列内在动力学层次和检测其突变特性的功能.考虑到混凝土坝裂缝系统是一个开放的、耗散的以及复杂的非线性动力系统的特点,引用上述提出的分析方法对某混凝土重力拱坝下游面裂缝进行动力结构突变分析,发现了该坝裂缝存在两个明显的动力结构突变点,由此实现了混凝土坝裂缝的动态转异诊断;由于动力学模糊互相关因子指数法可以直接依据实测的裂缝开合度序列对大坝裂缝进行转异诊断,因此该方法具有较好的实际应用前景.     

超高韧性复合材料控裂功能梯度复合梁弯曲性能理论研究

超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）无论在拉伸还是弯曲荷载作用下都表现出明显的应变硬化特征并且其极限拉伸应变稳定地达到3%以上,同时将传统水泥基材料在单轴抗拉荷载下单一裂纹的宏观开裂模式转化为多条细密裂纹的微观开裂模式,并且在极限荷载时其平均裂缝宽度仅为60μm.依据功能梯度这一概念,利用其优秀的裂缝控制能力,将普通钢筋混凝土梁的受拉区纵向钢筋周围部分混凝土替换为UHTCC,开展了超高韧性复合材料控裂功能梯度复合梁受弯性能的研究工作,先后完成了受弯理论分析、无腹筋复合长梁实验研究、试验研究与理论分析验证对比、裂缝控制分析等方面研究.结果表明,使用UHTCC控裂的功能梯度复合梁不仅承载力较普通钢筋混凝土梁有所提高,并且能够有效地防止钢筋锈蚀破坏的发生,从而提高结构的耐久性.对整个加载过程中复合梁的内力变化和裂缝开展进行了探讨,并按照弹性理论给出了正截面受弯各阶段内力分析、加载至破坏整个过程的弯矩-曲率关系的确定,以及跨中挠度、截面延性指标的计算,同时通过试验结果对理论公式进行了验证.     

混凝土坝裂缝转异诊断的顺序典型小概率法

裂缝是混凝土坝不可避免的病害,其稳定与否是关系到混凝土坝结构安全的关键因素.基于裂缝开度与裂缝尖端张开位移之间的函数关系,提出了混凝土坝裂缝转异诊断的临界裂缝开度准则,并探讨了该准则所需的裂缝尖端张开位移和裂缝亚临界扩展量的确定方法.借助裂缝开度监控模型将临界裂缝开度准则进行转化,并与大坝安全监控中裂缝的原位监测资料-裂缝开度联系起来,建立了混凝土坝裂缝转异诊断的顺序典型小概率法.实例分析表明,顺序典型小概率法实现了临界裂缝开度准则在大坝安全监控中的具体应用,是合理可行的.     

弹体高速侵彻混凝土的数值模拟及实验研究

进行了100 mm直径弹体800 m/s速度下侵彻混凝土靶的试验,得到了大尺寸弹体高速侵彻1 m直径混凝土间隔靶的结果.运用数值模拟,研究了大尺寸弹体高速侵彻混凝土靶中的靶板设计问题,得到了较好的靶板设计方案.数值模拟能一定程度上辅助研究大尺寸弹体侵彻混凝土靶问题,对以后的实验设置和进一步的数值模拟有指导意义.     

混凝土强度等级对全珊瑚海水钢筋混凝土梁抗剪性能的影响

通过对全珊瑚海水钢筋混凝土梁(coral aggregate reinforced concrete beam, CARCB)和普通钢筋混凝土梁(ordinary aggregate reinforced concrete beam, OARCB)进行斜截面抗剪性能试验,研究了混凝土强度等级对CARCB的裂缝发展、破坏形态、跨中变形及抗剪承载能力的影响,建立了弯矩-跨中挠度、挠度-梁长、荷载-最大裂缝宽度的关系,探讨了CARCB抗剪承载力(Vcs)的计算模型.结果表明:随着混凝土强度等级的提高, CARCB正截面开裂荷载(Vcr)、斜截面Vcr和Vcs均逐渐增大.不同混凝土强度等级的CARCB,其裂缝宽度均随着荷载的增大而增长,加载初期,在梁跨中附近出现正截面弯曲裂缝,裂缝宽度开展非常缓慢,随着荷载的增加,在支座向集中力作用点处出现斜裂缝,斜裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏.在C60的CARCB中采用有机新涂层钢筋能有效抑制钢筋锈蚀.最后,综合考虑箍筋锈蚀和高强珊瑚混凝土(coral aggregate concrete, CAC)的影响,提出了更加合理的CARCB抗剪承载力计算模型.     

大口径聚能装药侵彻厚混凝土靶板的数值模拟及实验研究

采用自主开发的软件平台EXPLOSION-2D对不同锥角药型罩结构的聚能装药成型进行数值模拟,并得到了聚能装药成型规律以及炸高对聚能装药侵彻厚混凝土靶板的影响.基于侵彻体的性能参数选取了两类侵彻效果较好的聚能装药结构进行侵彻厚混凝土靶板的数值模拟研究.根据侵彻结果设计了一种侵彻厚混凝土靶的聚能装药结构,并进行了相应的实验研究.对实验后混凝土靶板进行剖切,通过混凝土靶的内部破坏情况评估侵彻体对不同位置处混凝土靶的损伤情况,并测量各个位置处的孔洞直径.采用EXPLOSION-2D软件平台对实验工况进行模拟,对比分析实验与数值模拟的结果.对比结果表明该数值模拟技术能够有效地评估混凝土靶板的破坏情况.     

钢筋混凝土断裂全过程声发射特征辨识及相关参量影响

以声发射参量为切入点,通过开展带预制裂缝混凝土三点弯曲梁试件声发射试验,采用振铃计数率-时间曲线、累计振铃计数-时间曲线、能量-时间曲线和累计能量-时间曲线等,研究了不同设计强度等级和不同配筋率混凝土三点弯曲梁试件断裂破坏过程声发射参量基本特性.研究结果表明:通过振铃计数-时间曲线和能量-时间曲线相互结合,可以更加准确地判断三点弯曲梁试件的起裂荷载和失稳荷载;初始设计强度对混凝土和钢筋混凝土断裂过程声发射参量具有一定影响;配筋率不同,钢筋混凝土三点弯曲梁试件断裂破坏过程也不相同,其对应的声发射信号也存在有一定差别.为进一步研究混凝土三点弯曲梁断裂破坏过程提供了一定的试验依据.     

石墨烯气凝胶全柔性触觉传感器的设计、组装及性能

针对柔性触觉传感器存在的设计难度大、抗干扰性差、不易封装以及线路布置困难等问题,基于Storakers材料模型的应变能密度函数发展了一种基于石墨烯气凝胶(graphene aerogel, GA)的具有“气泡膜”结构的全柔性触觉传感器的设计方法.通过模拟分析发现,相对于“三明治”结构,“气泡膜”结构的GA柔性触觉传感器具有更好的抗干扰性.在此基础上,设计并组装了“气泡膜”结构的GA全柔性触觉传感器,通过实验证实该GA全柔性触觉传感器具有优异的传感特性、力学特性和抗干扰特性.同时,设计开发了压阻式传感阵列的信号采集系统,并成功实现了其对力的大小、物体位置和形状等信息的实时采集和传感监测.     

纤维编织网联合钢筋增强混凝土梁受弯性能解析理论

纤维编织网增强混凝土（TRC）是一种新型的高性能纤维增强水泥基复合材料，其不但有良好的耐腐蚀性，还可以有效限制混凝土的裂缝发展，使混凝土的裂缝宽度和间距变得更小．但由于纤维本身的脆性特征，使TRC结构达到极限荷载时没有明显的破坏预兆，而普通钢筋混凝土结构则由于特殊保护层厚度的限制，具有较大的自重，且不能有效限制结构的主裂缝发展．为克服二者的不足，本文创新性地提出纤维编织网联合钢筋增强混凝土结构，其充分利用了TRC和RC的优点．采用TRC替代其受拉区保护层的部分混凝土，同时减掉纤维编织网所替代钢筋用量，以发展一种自重小、使用安全、耐久性好的结构．分析了这种结构适筋梁的受弯发展过程，基于平截面假定按非线性分析理论给出了整个受力过程不同阶段梁的承载力，M-φ关系和跨中挠度的解析计算公式．最后通过与试验结果的对比，验证公式的合理性．     

超高韧性复合材料控裂功能梯度复合梁弯曲性能试验研究

依据功能梯度这一概念,利用超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）优秀的裂缝控制能力,将普通钢筋混凝土梁的受拉区纵向钢筋周围部分混凝土替换为UHTCC,开展了超高韧性复合材料控裂功能梯度复合梁受弯性能的研究工作.继理论分析工作后,本文进行了无腹筋长梁4点弯曲试验研究,通过4组不同厚度UHTCC层的复合梁弯曲试验结果验证了理论公式的正确性;并通过与普通钢筋混凝土梁的对比发现,使用UHTCC控裂的功能梯度复合梁不仅承载力较普通钢筋混凝土梁有所提高,降低钢材的用量,还可以有效控制梁的变形值,提高构件的延性.根据试验结果和理论分析还确定了复合梁中UHTCC层的最佳厚度,不但节约材料的用量,提高粱的弯曲性能,还能有效地将正常工作条件下梁的裂缝宽度控制在0.05mm以内,防止钢筋锈蚀破坏的发生,从而提高结构的耐久性.     

水平井多簇压裂裂缝的竞争扩展与控制

针对水平井多簇压裂多裂缝竞争扩展问题,通过近似解显式求解了多裂缝扩展时的应力干扰作用,建立了水平井多簇射孔裂缝扩展模型.模型采用了近似方法,在保证一定精度的基础上,简化了计算工作量,并通过隐式水平集算法验证了方法的可靠性.基于该模型,对不同射孔工艺条件下各簇裂缝缝长、缝宽与进液量进行了数值模拟.结果表明:射孔摩阻和多裂缝应力干扰作用共同决定各簇裂缝流量分配.多簇裂缝同步扩展时,中间簇裂缝由于受到外侧裂缝的挤压作用,进液量、缝长和缝宽均小于外侧裂缝.缝间距增大会削弱中间簇裂缝流量、宽度和缝长减小的趋势.通过减少每簇射孔数量、射孔直径或者采用非均匀射孔的方式,可以促进各簇裂缝均衡进液与延伸.该研究为多裂缝展布形态优化与控制方法提供了理论依据与参考方法.     

基于实测资料的外掺MgO微膨胀混凝土变形性态研究

外掺MgO混凝土产生的延迟性微膨胀能够补偿混凝土在温降过程中产生的收缩变形,从而防止或减少混凝土产生裂缝.本文通过对向家坝水电站导流底孔外掺氧化镁混凝土的室内试验和现场监测成果进行对比分析,探讨了外掺MgO与未掺MgO,同类混凝土中掺量不同对混凝土变形特性的影响.     

基于未确知测度理论的停工复建高速公路涵洞既有结构质量评价

针对停工复建高速公路涵洞既有结构质量评价中存在诸多不确定性因素的问题,为有针对性地进行复建工作,通过对影响涵洞既有结构质量因素的研究,综合信息熵和未确知测度理论方法建立了涵洞既有结构质量评价模型。根据相关标准规范,选取涵洞偏位、流水面高程、竖直度、裂缝宽度、蜂窝麻面面积、混凝土强度、混凝土碳化程度、钢筋保护层厚度等8个相互独立的影响因子作为未确知测度模型的判别指标,并依据实测数据建立各个评价指标的未确知测度函数,基于信息熵理论计算各指标权重,最后采用置信度识别准则对复建高速公路涵洞既有结构质量进行等级判定。将该模型应用于萍洪复建高速公路7个涵洞的既有结构质量评价,研究结果表明:该方法评判结果与现场实际情况完全一致,且该方法评价过程科学合理,为复建高速公路涵洞既有结构质量评价提供了一种新的方法。     

基于单传感器的旋转叶片振动测量与参数辨识方法

叶尖定时技术作为一种非接触式叶片振动测量方法,是叶片状态监测的有效手段.针对叶尖定时采样数据存在的高度欠采样特点,目前已提出多种叶片振动测量与参数辨识方法.然而,现有方法大多需要在机匣上安装多支传感器,并对传感器的位置分布具有较为严格的要求,在工程实践中可能难以实现.针对这一不足,本文提出一种基于单传感器的旋转叶片振动测量与参数辨识方法.根据叶尖振动与传感器输出脉冲信号的关系,分析了利用单传感器的叶片振动测量和叶片振动参数辨识原理,使用仿真模型对该方法进行了验证,并分析了不同噪声水平对叶片振动参数辨识结果的影响;进一步利用旋转叶片试验台开展试验研究,通过与叶片动应变测试结果对比,验证了方法的有效性.     

浅埋偏压连拱隧道衬砌裂缝监测与综合分析

浅埋偏压连拱隧道二次衬砌开裂是隧道安全预留层受力的综合表征,衬砌裂缝的调查分析与监测可以反映隧道整体受力情况。以云南石红高速公路大中山1号隧道为工程背景,通过对其衬砌裂缝的现场调查、统计与分析,结合施工图设计、施工记录、施工监控量测报告系统,分析了浅埋偏压连拱隧道裂缝产生的主要原因为施工因素、地质因素及偏压荷载。进而针对典型裂缝进行裂缝空间形态跟踪监测,并对量测数据进行适时整理分析,掌握了裂缝成因发展规律,基于衬砌结构承载状况给出了裂缝控制与防治措施。     

基于辅助相机的多目视觉线结构光测量系统全局标定方法研究

为解决现有的多目视觉线结构光测量系统在大视场测量时,相机之间无公共视场,导致标定工具要求高、全局标定过程复杂等问题,本文提出了一种基于辅助相机的多目视觉线结构光测量系统全局标定方法.首先,将辅助相机作为中介,它与线结构光传感器的相机有1/2左右的视场重叠,构成了双目子系统,通过拍摄标定板不同姿态的图像来建立辅助相机和相邻两个线结构光传感器的空间几何关系.然后基于此通过坐标转换求解出相邻两个无公共视场线结构光传感器的位置关系,最后再逐步换算求解出局部坐标系向全局坐标系统一的变换矩阵,完成全局标定过程.此方法对标定工具要求低,不需要借助高精度测量设备及复杂靶标,只需简易的棋盘格靶标即可完成多目视觉线结构光测量系统的全局标定,标定过程简单,并且可达到较高的标定精度.测量试验表明,该方法的全局标定误差是0.067 mm,有效提高了测量精度,为后续大构件的机器人“测量-加工”一体化作业提供精度保障.