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.     

基于全息视觉测量的钢混组合结构损伤识别试验研究

对一片钢混组合试验梁依次开展不同损伤工况下的加载试验,利用全息变形视觉测量试验装置获取试验梁全息图像信息数据,基于结构全息边缘轮廓线提取算法计算分析全息图像信息数据以获得试验梁在不同损伤工况下的全息变形.以结构初始全息变形数据和结构目标全息变形数据作为输入,运用改进的BP神经网络算法反演试验梁刚度矩阵的退化,求解单元刚度矩阵折减系数的全局最优解,并以结构单元刚度矩阵折减系数作为损伤表征因子,实现对目标结构损伤状态的识别.试验结果表明:基于结构全息变形数据和BP神经网络的结构损伤识别方法对损伤具有较强判别性,试验梁不同程度、不同位置损伤工况的测试识别结果与试验结果基本一致,试验梁损伤位置及程度平均识别精度为92.6%,为后续研究奠定了基础.     

静荷载力作用下悬臂梁裂缝识别的小波方法

利用小波分析技术对梁结构的裂缝进行识别,采用gaus2小波对静荷载力作用下梁的挠度响应进行连续小波变换,根据小波系数模极大值位置识别裂缝位置,利用Lipschitz指数识别裂缝损伤程度.仿真实例不仅证明了方法的有效性,还着重研究了裂缝数量和位置、静荷载力大小和作用位置对Lipschitz指数的影响.     

基于附加质量的梁损伤识别影响因素分析

为了提高基于附加质量的梁结构损伤识别精度,对附加质量影响因素进行了综合分析。根据梁结构损伤识别的附加质量法,建立梁结构有限元模型,并计算其损伤部位以及损伤程度,同时研究附加质量的大小、数目及位置对结构损伤识别的影响。在验证附加质量法对梁结构损伤识别有效性的基础上,采用不同的质量块附加在梁结构的不同位置进行损伤识别,由得到的损伤识别结果计算损伤识别误差。研究结果表明:附加质量后损伤识别精度有较大提升,有效降低了识别误差;随着损伤程度的增加,识别误差在逐渐增大,附加质量法对小损伤具有较好的识别效果;附加质量的大小和数目是提高梁结构损伤识别精度的主要因素,附加质量的位置对损伤识别结果的影响也不容忽视。     

低速冲击下钢筋混凝土深梁抗冲击性能及其损伤评估

为研究钢筋混凝土深梁在低速冲击下的抗冲击性能和损伤机理,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同冲击速度下深梁动力响应进行模拟.分析深梁的动态损伤过程及横截面的损伤分布,采用截面损伤因子对钢筋混凝土深梁的损伤程度进行定量评估;进一步分析边界条件、冲击位置对深梁抗冲击性能和损伤的影响.分析结果表明:建立的模型可以合...     

基于模态柔度理论的结构损伤诊断试验研究

利用多参考点脉冲锤击法的输入输出动力信号获取结构的模态柔度,可以对结构进行损伤识别,设计了一根钢筋混凝土简支梁和一块钢-混凝土组合板的静动力试验.对不同损伤状态下的简支梁和组合板进行了动力测试,得到其模态柔度矩阵,并用来预测结构在荷载作用下的位移.简支梁试验结果表明,随着损伤程度的加深,结构自振频率降低,阻尼比增大,柔度增大,但自振频率只能判断结构损伤的出现,模态柔度则能够综合全面地反映钢筋混凝土简支梁结构的损伤位置和损伤程度.组合板试验表明,在线弹性状态下,动力测试与静力测试获得的模态柔度矩阵相差很小.设计了支座刚度变化、连接件损伤和横向支撑破坏这3种损伤工况,并用这3种工况来模拟实际桥梁结构可能出现的损伤状况.通过对比结构损伤前后的模态柔度位移信息,成功实现了组合板的损伤识别.     

混凝土梁结构损伤识别理论与试验研究

基于模态应变能理论,得到能用于混凝土梁结构损伤的识别指标.假定结构存在不同位置和不同程度的损伤,运用数值计算及试验所测数值结果,得到梁损伤前后的前五阶模态,然后再运用计算机软件编程计算结构的各单元的损伤指标.数值模拟及试验结果表明,损伤指标在损伤单元处的数值是最大的.因此,采用本文提出的损伤指标,对混凝土梁结构进行损伤定位识别是可行的.     

基于有限元模型和模态参数的损伤识别

本文从特征值问题出发，结合结构系统的有限单元模型并引入单元损伤因子，导出了求解单元损伤因子的方程，从而可以确定结构的损伤位置和损伤程度。利用简支梁进行了数值模拟，建立了简支梁的有限单元模型，用不同单元弹性模量的降低来模拟各种不同的损伤工况，并对每种工况进行了损伤位置和损伤程度识别，数值模拟结果同实际情况吻合很好。     

混凝土铰接T梁桥结构体系损伤评价试验

以16 m跨径的T梁桥标准图为基础,按1∶4的缩尺比例,采用焊接钢板的连接方法设计了一座5片T梁桥模型.通过不同的钢板连接方式,从试验焊接顺序、横向连接和纵向连接损伤3个方面,就横向连接损伤对桥梁承载能力的影响进行了试验和有限元分析,研究了不同损伤工况对铰接梁桥荷载横向分配的影响.结果表明:横向连接损伤只对与损伤横向连接相邻梁的影响最大,对相隔梁的影响很小,对其他梁的影响几乎没有;当横向连接损伤率达到5/9(约55.55%)时,单板受力的现象已经十分严重;在5片梁铰接完好状态下,主要是相邻的3片梁来承担荷载,所以在连接损伤情况下,除了相邻梁的荷载横向分布系数影响线坐标变化较大外,其他横向连接完好梁仍然保持铰接状态下横向分布系数影响线坐标.     

基于运用条件的高速动车组枕梁的疲劳损伤

为了估算特殊工况下动车组枕梁的损伤,提取了部分典型测点在进出站等特殊工况下通过较小曲线与道岔的应力数据做损伤计算,之后验证了数据的有效性并采用Bootstrap方法对该工况下关键点的寿命区间进行估计.经过对比,得到典型工况对枕梁关键部位损伤的影响程度.     

基于单元应变能变化率的结构损伤识别方法

针对梁类结构,根据单元损伤前后的模态应变能变化率,推导了新的损伤位置识别指标,并利用结构在损伤前后模态应变能变化与频率变化的关系提出了损伤程度评估指标.悬臂梁的数值模拟分析结果显示:损伤位置识别指标在损伤单元对应的结点处呈现显著的正号峰值,能够清楚地指示损伤位置;损伤程度识别指标对于单一损伤工况的损伤程度估算结果较接近于实际损伤程度,但对于多点损伤工况的损伤程度估计值偏小.所提出的损伤指标仅根据结构损伤前后的低阶模态频率和模态曲率即能达到较好的损伤识别效果,可应用于实际结构中.     

基于模态应变能法的钢筋混凝土梁裂缝损伤检测试验

应变能对局部损伤较固有频率更为敏感.把结构遭受裂缝损伤的应变能变化量作为损伤指标,提出一种新的无损裂缝识别方法.并把影响损伤指标因素与假设检验相结合,利用参数假设检验进行识别结果验证.用钢筋混凝土梁进行模态试验,提取梁损伤前后的模态参数,用该方法进行裂缝位置及深度参数的识别.结果表明,将该方法用于裂缝损伤检测是可行的.     

基于AE对预应力钢筋砼梁损伤试验分析

为了探究预应力钢筋混凝土梁损伤与其声发射信号之间的关系,利用声发射技术对预应力钢筋混凝土梁损伤过程进行监测。通过三点弯曲试验,采集到预应力钢筋混凝土梁损伤的实时声发射信号数据。分析不同荷载下声发射信号幅值与上升时间的参数分布图,并对比加载过程试件梁的裂缝变化,发现不同信号幅值分布与混凝土梁的损伤类型具有很好的相关性,可以演化试件梁的损伤过程,其中高幅值信号的集聚意味着宏观裂缝的出现。此外,通过ISA信号强度准则的计算,对预应力钢筋砼梁损伤程度做出了定性评价。     

小波分析在钢筋混凝土梁损伤识别中的应用

为识别钢筋混凝土简支梁的损伤状况,对简支梁进行了逐级加载实验,每级加荷后卸荷,观测梁的裂缝,并测定梁的动力反应. 将钢筋混凝土简支梁作为无限自由度体系,并对该体系的动力方程进行小波变换,得到多尺度下的结构动力响应表达式. 信号经多尺度分解后,包含了信号中更多的结构损伤信息. 基于此,用DASP信号处理系统对钢筋混凝土简支梁各损伤阶段的动态信号进行二进制小波分解,通过分析各频段的波形,确定了梁的损伤.     

初始损伤钢筋混凝土梁分形损伤本构及受弯承载力研究

为明确初始孔隙在荷载作用下对混凝土结构的损伤及裂缝扩展路径的影响,设计并分别制作了初始孔隙为0%、2%、4%和6%的8根钢筋混凝土梁,开展单调静载受弯性能试验,分析其力学性能和表面裂缝分形维数变化情况。通过将裂缝分形维数引入混凝土本构关系中,提出了钢筋混凝土梁抗弯强度计算方法。研究结果表明:预制初始孔隙缺陷的钢筋混凝土梁仍满足平截面假定,预制孔隙一定程度削弱了混凝土的力学性能,同时跨中裂缝的产生、扩展和演化更迅速。裂缝扩展路径的分形维数可以反映钢筋混凝土梁的损伤程度及其破坏过程,本文建议的钢筋混凝土梁受弯承载力的理论值与试验值吻合较好。     

基于模态应变能法识别混凝土梁结构损伤的数值及试验研究

基于模态应变能理论,得到能用于混凝土梁结构损伤的识别指标.假定结构存在不同位置和不同程度的损伤,运用数值计算及试验所测数值结果,得到梁损伤前后的前5阶模态,然后再运用Mathematics软件编程计算结构的各单元的损伤指标.数值模拟及试验结果表明,损伤指标在损伤单元处的数值是最大的.     

基于摄动理论的压电阻抗损伤识别分析

结合摄动理论和压电阻抗技术监测结构的损伤的发生和定位.本文利用一阶摄动方法获得了受损简支梁的特征值和模态振型的解析表达式.通过受损梁的模态振型得到了受损梁的阻抗,结合PZT与结构的压电耦合电导纳公式得到受损梁的电导纳信号,采用CC损伤指标评定结构的损伤程度.以一个受损简支梁为数值算例,计算了不同损伤条件下其电导纳信号和损伤指标的变化.当结构损伤位置同PZT之间的距离相同情况下,PZT的CC指标随损伤程度增加有减小的趋势;结构损伤程度相同的情况下,各损伤工况下的RMSD指标随损伤位置与PZT之间的距离的增加有减小的趋势.     

混凝土开裂对BFRP混凝土界面应力的影响

以最大主拉应力作为混凝土开裂的判别依据,采用基于能量的指数型软化损伤模型,利用扩展有限元模拟钢筋混凝土梁的裂缝扩展过程.通过在试验梁裂缝位置处预设初始裂缝,对比不同荷载水平下的裂缝扩展高度,得到与试验梁基本一致的裂缝扩展结果.进一步将该方法用于玄武岩纤维布(BFRP)加固预损伤钢筋混凝土试验梁的失效分析中,模拟了试验梁由于混凝土裂缝扩展引起的界面剥离全过程,给出了混凝土裂缝扩展与界面应力分布之间的对应关系,得到混凝土开裂是导致BFRP剥离的主要原因的结论.     

拉索损伤对斜拉桥自振特性的影响分析

针对斜拉桥的动力特性,结合一座斜拉桥的工程实例,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元和空间杆单元建立计算模型,计算出斜拉桥的自振频率和振型,并研究了不同工况时拉索损伤对斜拉桥自振特性的影响.分析结果表明,非对称拉索损伤对斜拉桥自振频率的影响较小,对称拉索损伤及损伤位置的不同对其自振频率的影响较大,其中斜拉桥主跨跨中长拉索的损伤对竖向弯曲振动的影响更为显著.     

不同配筋形式矩形截面钢筋混凝土梁的弯曲性能及损伤机制的试验研究

采用四种不同配筋率和两种不同配筋形式,进行了8根钢筋混凝土梁的四点弯曲试验,探究了不同配筋率和配筋形式下钢筋混凝土梁的弯曲性能及损伤机制.试验结果表明,钢筋与混凝土粘结面积更大的配筋形式可以增加试验梁的平均裂缝密度,降低裂缝宽度,让裂缝发展导致的刚度衰减更为均匀.相同配筋率条件下粘结面积更大的配筋形式可以大幅减小试验梁破坏时的跨中挠度,但对于较高配筋率的试验梁,过高的粘结应力可能产生脆性的斜截面破坏.随着配筋率的增长,梁抗弯极限荷载明显提高,剪跨区的斜裂缝发展逐渐占据主导.