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。     

循环荷载下纳米级碳纤维混凝土压敏特性研究

混凝土应变监测和损伤评估是桥梁健康监测的重要内容,本文通过对掺加纳米碳纤维的混凝土进行循环荷载抗压试验,探讨混凝土复合材料的压敏特性.实验结果显示,在循环受压情况下,加载时电阻变化率随应力(应变)增加而减小,卸载时随应力(应变)减小而增加,在破坏之前都有很好的可逆性规律,且复合材料弹性阶段的压阻可逆性明显优于塑性阶段.试件的电阻变化率与应力之间也表现出良好的对数关系.因此这种复合材料可作为自身具有损伤评估和应变监测功能的传感器应用于桥梁结构,成为桥梁结构在循环荷载作用下健康监测的一种可能手段.     

内埋CFRC材料的混凝土梁的应变主动调节

利用碳纤维水泥基（CFRC）材料的电热效应，通过对埋置于普通混凝土梁中的CFRC材料通电加热后产生的热膨胀可以实现对混凝土梁应变或挠度变形的主动调节和控制．实验验证了这个方案的可行性．根据弹性力学推导的理论值与混凝土梁挠度变形实测值非常吻合．通过改变内埋CFRC材料的输入功率和通电时间可以控制CFRC材料的升温速率和终点温度，继而控制混凝土梁的变形速率和最大变形值．     

GSIFCON材料压敏特性及对梁构件机敏检测研究

GSIFCON(graphite slurry infiltrated steel fiber concrete,石墨水泥砂浆注浆钢纤维混凝土)是由SIFCON(slurry infiltrated fiber concrete,水泥砂浆注浆钢纤维混凝土)改性而成的一种导电机敏混凝土材料.为了利用GSIFCON材料检测梁构件内部损伤,采用3根混凝土棱柱体试件对GISFCON的压敏特性进行了研究.采用GSIFCON与钢筋混凝土梁叠合的方法,测定在不同应力作用下,梁构件破坏过程中GSIFCON的电阻相对变化,来监测梁构件内部损伤情况.试验结果表明,GSIFCON电阻相对变化可灵敏地感知压应力的变化.在不同应力作用下,梁构件受压区GSIFCON的电阻相对变化始终与梁构件损伤过程保持对应关系,可对梁构件损伤进行检测.     

置入FBG传感器的CFRP加固RC梁在线监测技术研究

近年来，复合材料加固混凝土结构的健康监测已引起国际工程界的广泛关注．使用埋入式布拉格光栅（FBG）传感器可以实现对复合材料加固混凝土结构应变使用状态的远程实时监测．作者首先讨论了FBG传感器埋入碳纤维复合材料（CFRP）层间的界面传递特性，通过实验验证了固化于CFRP中的FBG传感器的应变传感特性．FBG传感器被埋入到用来加固钢筋混凝土（RC）梁的CFRP层间和梁内部受拉钢筋上，通过监测FBG光栅传感器波长的变化就会得到测点的应变值．实验结果表明，FBG传感器测量值与相同位置布设的传统电阻应变片测量值具有很好的一致性，同时测量值与有限元模拟值也十分一致．     

CFRC梁在三点弯曲荷载作用下电阻与CMOD关系

研究了不同碳纤维掺量的CFRC(碳纤维水泥基材料)梁在三点弯曲荷载作用下其电阻变化与CMOD(裂缝口张开位移)的关系.试验研究发现,峰值荷载前CFRC梁的电阻-CMOD曲线均出现明显的转折点.当碳纤维掺量为胶凝材料质量的0.1%时,电阻-CMOD曲线表现出三个不同的变化阶段,其中第一个转折点接近峰值荷载点.而碳纤维掺量达到胶凝材料质量的0.2%和0.3%时,电阻-CMOD曲线则呈现两个变化阶段,并且转折点随着碳纤维掺量的增加逐渐远离峰值荷载点.电阻-CMOD曲线的第二阶段为线性变化过程,其中碳纤维掺量为0.2%时,CFRC材料的灵敏系数最高.     

混凝土箱梁水化热温度徐变应变分析

针对桥梁设计中混凝土箱梁水化热温度应变难以精确分析的现象,基于预制梁场混凝土箱梁水化热温度应变现场试验,采用初应变增量有限元法建立混凝土箱梁水化热温度应变的弹性徐变理论隐式解法数值模型,分析实测水化热应变、温度徐变应变及温度弹性应变三者之间的差异,研究混凝土箱梁水化热温度应变受徐变影响的规律。研究结果表明:拆模后箱梁顶板、底板水化热温度应变均为压应变且算术平均值基本一致;混凝土箱梁顶板水化热温度应变变化速率略小于底板水化热温度应变变化速率;徐变对混凝土箱梁水化热温度应力应变影响非常大,实际应变仅约为温度弹性应变的一半,因此,早龄期混凝土结构温度弹性应力减半更符合实际情况;混凝土箱梁水化热温度应变实测数据略大于温度徐变应变计算值,说明本文数值模型可准确有效模拟箱梁水化热温度应变真实状态、有助于桥梁分析设计。     

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.     

预应力碳纤维布加固混凝土梁的抗弯承载力计算

在碳纤维布和预应力碳纤维布加固混凝土梁试验研究成果的基础上,对预应力碳纤维布加固混凝土梁的破坏形式进行了分析.利用等效转化原则将混凝土的非线性应力图形转化为等效矩形应力图形计算,在此基础上提出抗弯承载力计算公式.对二次受力情况进行了分析,提出了滞后应变的计算公式.经与试验结果比较,公式计算值与试验值吻合良好.     

智能CFRP加固RC梁荷载效应模拟与测评

将布拉格光栅光纤（FBG）传感器固化于碳纤维复合材料（CFRP）试件中,构成智能CFRP,试验结果表明：FBG传感器与CFRP相容性良好;FBG传感器与传统电阻应变片具有理想线性关系,FBG的应变传感特性精确稳定．制备4根CFRP加固RC实验梁,并在受拉钢筋、压区混凝土及底部加固CFRP中预置了FBG传感器．根据FBG传感原理、钢筋混凝土理论和Ansys有限元软件编制RC梁荷载效应模拟程序．对实验梁进行弯曲加载实验．根据置入CFRP中FBG传感器的监测应变值,应用有限元模拟计算程序得到梁实时模拟荷载及诸项荷载效应模拟值．结果表明：受拉钢筋与压区混凝土实时模拟应变与传感器实测应变相符合,模拟挠度与实测挠度也相符合,模拟实时荷载与实际荷载基本一致．从而达到集加固与测评双重功能于一体的目的。     

机敏混凝土结构变形的自诊断

从理论和实验两方向证明：利用结构的受力变形特点和CFRC的功能特性,合理地敷设CFRC,不但可实现机敏混凝土结构变形的自诊断,而且可大大提高其灵敏系数和稳定性,同时也实现了温度补偿。     

纤维布加固无粘结预应力梁抗弯试验研究

通过试验对纤维布加固无粘结预应力梁的破坏形态、受力性能、截面应变分布以及挠度变化等进行了研究,主要讨论了加固梁在不同纤维布加固层数、不同加固前预损伤作用和不同加固纤维材料下的性能．试验结果表明：通过粘贴芳纶纤维布、碳纤维布材料都可以有效地提高无粘结预应力梁的受弯极限承载力;当采用多层纤维布加固时,加固梁的受弯极限承载力提高幅度与粘贴纤维布层数的增加呈单调递减的规律;加固前,施加20％、40％对比梁极限承载力预损伤对加固性能影响不大;同层数纤维布加固,芳纶纤维布与碳纤维布加固梁的受力效果相似,受弯极限承载力相近,裂缝开展和刚度变化存在差异．在试验研究的基础上,通过有限元软件ABAQUS进行了模拟计算研究,模拟结果表明,ABAQUS可以真实反映纤维布加固无粘结预应力梁的整个受力过程,模拟值与试验值吻合较好．最后根据试验以及数学模拟中反映出的规律,建立了纤维布加固无粘结预应力梁极限抗弯承载力的实用理论公式,理论计算结果与试验结果符合较好．     

水泥基材料损伤自诊断机理声发射研究

采用声发射与电阻技术对碳纤维混水泥基材料土在单轴受压和三点弯曲负荷下内部损伤进行了监测 .研究表明 ,在三点弯曲负荷下 ,碳纤维混凝土的荷载 -挠度曲线与试件的电阻和声发射事件数存在良好的对应关系 .对于碳纤维水泥基复合材料 ,其导电率主要依赖分散于水泥基体中相互搭接的碳纤维的渗流网络 .材料内部的损伤引起相互搭接的渗流网络破坏 ,而致使材料电阻增大 .因此 ,在整个加载过程中 ,体系的电阻反映了材料内部的损伤 .另一方面 ,通过声发射信号的分析 ,可以鉴定材料内部损伤的机理 .     

预应力碳纤维布加固混凝土梁预应力长期损失的增量微分法

为深入了解预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的预应力长期损失,采用随时间变化的换算弹性模量方法,建立了考虑混凝土收缩徐变、胶层徐变及钢筋混凝土梁与碳纤维布界面滑移的预应力长期损失增量微分模型,得到了给定边界条件和荷载形式下的预应力长期损失闭合解。为验证该方法的有效性,对相关学者的试验梁进行了长期预应力损失的计算。计算结果表明,所建立的微分增量模型可以用来预测预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的预应力长期损失。     

配筋钢纤维砼扁梁延性分析

通过扁梁试验,探讨普通钢筋砼扁梁和配筋钢纤维砼扁梁受荷与变形之间的关系,比较钢纤维掺入量对扁梁变形的作用,以分析钢纤维对扁梁延性的影响．     

钢纤维混凝土梁抗剪强度截面分析方法

在修正压力场理论和钢纤维混凝土梁受弯理论的基础上建立了钢纤维混凝土梁抗剪强度的截面分析方法,考虑了钢纤维混凝土梁裂缝处的局部应力控制条件.通过对采用3条不同钢纤维混凝土受拉应力-应变曲线的计算结果与试验结果比较,建议了考虑受拉强化效应的受拉应力-应变曲线.此外讨论了计算模型中裂缝局部控制条件对抗剪强度计算结果的影响.对44根剪跨比大于2.0的钢纤维混凝土梁进行了分析,分析结果与试验值吻合很好.     

碳纤维水泥基复合材料温敏特性研究

简单介绍了碳纤维水泥基复合材料的制备及其电阻率测试方法,研究了不同掺量的碳纤维水泥基复合材料电阻率随温度变化的规律.研究结果表明,碳纤维水泥基复合材料具有温敏特性,在温度升高的初始阶段,试件电阻率随温度的升高而下降,呈现NTC效应;当温度升高到一定数值,电阻率随温度的升高而逐渐升高,呈现出PTC效应,并且随着碳纤维掺量的变化,NTC/PTC转变温度也发生变化.基于试验结果,对NTC/PTC效应的转变机理进行了初步探讨.     

碳纤维水泥基材料压阻效应研究

本文研究了掺有碳纤维的水泥基复合材料的导电机理和在轴向压力下的压阻特性。结果表明 :碳纤维水泥基复合材料的导电性有较显著的压力依赖性。在低应力水平下电阻随压力增加而降低 ,在较高应力水平下则随应力增大而升高 ,呈现所谓的“电阻负压力系数 (NPCR)和正压力系数 (PPCR)”效应。电阻的压力依赖性与碳纤维在水泥基体中形成的导电网络在荷载作用下的破坏与重组有关     

内嵌光纤光栅碳纤维板对RC受损梁监测

为了评估预应力碳纤维板加固钢筋混凝土(RC)梁的健康状态,以光纤光栅(FBG)传感器为依托,对加固前、后RC梁的共振频率进行监测;然后,对RC梁进行抗弯和人工激励实验,依据共振频率变化曲线判定健康状态.结果表明:受损RC梁经过预应力碳纤维板加固后,RC梁的极限承载能力与刚度均得到提升,共振频率基本提升了28%;对于不同的激励位置,RC梁共振频率曲线基本一致.