水泥基压电传感器在交通量监测中的应用:(1)基本特性(英文)

交通量监测在公路管理养护系统中有着重要的作用。为此,一种用于监测交通量的新型水泥基压电传感器得以开发研制。该传感器能够响应由于车辆所引起的冲击荷载,而且具有耐久性好、价格低廉及全天候运行等优点。本文介绍了该传感器的制作及其基本性质。并将两个水泥基压电传感器埋置于一段混凝土梁中,以该梁作为埋入路面以下的传感单元。对该梁的测试实验表明,埋入混凝土梁的水泥基压电传感的性能没有发生变化,仍可以正确地反应各类冲击荷载。由此可见,该水泥基压电传感器对交通量的监测应用中是行之有效的。     

水泥基压电传感器在交通量监测中的应用:(2)现场试验(英文)

介绍了一套基于耐久性好、价格低廉及全天候运行的水泥基压电传感器的交通量监测系统。首先将两个水泥基压电传感器埋入一段混凝土梁的两端,以此梁作为埋入路面下的传感单元。再将4根测试好的混凝土梁埋入一条车道的两道沟槽内,每道槽内放入两根。系统运行时通过传感器数据分析来计算交通流量,即以测试信号中的峰值个数计算车辆数,以传感器的响应之和计算车重,并以两道沟内传感器响应的时间差及距离计算车速。其后通过已知重量的卡车进行传感系统现场标定。目前,该套系统已经成功安装到一座高速公路桥梁中,且运行顺利。通过与视频监测结果的对比表明,该系统能够准确的获得车流量、车辆速度以及近似重量。进而可见,该水泥基压电传感器在交通量监测中是有效的。     

“绿色”纤维增强水泥基复合材料的研究及发展

纤维增强材料对于改善水泥基材料的韧性和抗冲击性、大幅度提高混凝土的断裂能、防止混凝土发生脆性破坏具有重要意义;而"绿色"纤维在提高混凝土结构安全性的同时,具有环保、节能、利废、可降解再生等特性。本文介绍了"绿色"纤维的分类,分析了"绿色"纤维增强水泥基材料的特点,总结了"绿色"纤维在水泥基材料中应用、研究的进展。指出:"绿色"纤维与水泥基材料复合,适应循环经济和建材行业可持续发展的要求,是未来纤维增强水泥基复合材料发展的主要方向。     

基于压电纤维复合材料的风沙冲击力传感器研究∗

沙尘暴是一种多发于沙漠等干旱地区的灾害天气，建（构）筑物常受其影响被侵蚀甚至产生破坏，这种破坏的本质是风沙两相流中沙粒对结构表面冲击产生细微损伤的积累。为了深入探索这种风沙两相流对结构的冲击作用和沙粒冲击力在结构表面的分布规律，研究了采用压电纤维复合材料作为力传感器来测量风沙流场中沙粒冲击力的方法，通过标定试验建立了压电传感器所受沙粒冲击力与其输出电信号之间的数学模型，构建了基于压电纤维复合材料的风沙冲击力传感器。分别采用高频测力天平和压电传感器测量低矮房屋迎风面在风沙风洞试验中所受到的沙粒冲击力，验证压电传感器测量沙粒冲击力的适用性和准确性。结果显示：两种测力方式的结果总体相差在-4.72%~5.80%，两种试验结果吻合良好；建筑物迎风面内侧所受到的沙粒冲击力大于外侧所受到的沙粒冲击力，沙粒冲击力的分布与表面风压力分布具有一定相关关系。研究成果可为结构防风沙灾害的相关研究提供参考。     

绿色高性能水泥基复合材料加固火损RC柱抗震性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料是一种用大掺量粉煤灰替代水泥的改性工程水泥基复合材料,具有优异的延性与抗震耗能能力。为解决火灾后RC柱抗震等问题,提出采用GHPFRCC材料加固方法。对采用GHPFRCC材料加固RC柱进行拟静力试验,并采用OpenSees有限元软件进行数值模拟,通过对比模拟结果与试验结果,验证有限元分析的可靠性。结果表明:滞回曲线、骨架曲线的试验值和模拟值整体吻合,极限承载力的偏差不大;与未加固RC柱相比,经过加固后的RC柱变形能力明显增加,加固后极限承载力提高26.63%,极限位移提高12.5%,后期水平荷载退化速率降低,滞回曲线更加饱满,抗震性能更加优秀。同时使用OpenSees进行参数分析可知,为了保证RC加固柱的延性与承载力,必须控制轴压比,建议GHPFRCC置换高度大于1/3柱高。     

活性粉末混凝土的耐酸性

为了考察活性粉末混凝土在严酷环境下的耐酸性能,试验研究了硫酸溶液和醋酸溶液对活性粉末混凝土强度的影响,并比较研究了硫酸溶液对普通水泥基材料和高强水泥基材料的影响。70d浸泡龄期的试验结果表明:在浸泡早期,3种水泥基材料的耐硫酸性能差别不明显,随着暴露时间的延长,活性粉末混凝土比普通水泥基材料和高强水泥基材料呈现出较好的耐硫酸性能;弱离解的醋酸溶液对活性粉末混凝土的侵蚀作用比强离解的硫酸溶液更强。前者与3种水泥基材料的孔隙率、孔隙结构、抗渗性及抗裂性等因素有关,后者则与醋酸溶液的强扩散性有关。     

硬化水泥石再生利用的研究

我国目前废弃混凝土总体利用效率很低,再生利用的研究主要集中于再生骨料混凝土,而对于废弃混凝土中成本最高的"精华"部分——水泥石再生利用的研究较少;而利用废弃混凝土生产再生水泥是实现我国建筑业和水泥工业可持续发展的一条"高速路"。本文介绍了国内外在硬化水泥石高温分解、脱水水泥石的再水化以及废弃混凝土制备再生水泥等方面的研究进展,总结了硬化水泥石生产再生水泥的两种途径,在此基础上提出废弃混凝土研制再生水泥的新思路。     

压电智能骨料动态拉应力标定试验研究∗

为了监测混凝土内部受拉开裂损伤,提出了混凝土内部拉应力监测压电智能骨料,并对其进行了动态拉应力标定试验研究。首先,制备4个压电智能骨料受拉试件,建立拉应力监测系统;其次,对压电智能骨料施加往复拉应力,标定得到其灵敏度系数;然后,对压电智能骨料试件施加单调荷载直至其受拉破坏,得到其抗拉强度及输出的电压信号,对比了破坏过程的实际与监测荷载。结果表明,往复荷载作用下,SA输出与输入荷载呈良好的线性关系,SA的灵敏度系数一致性较好;单调荷载作用下,各SA抗拉强度均高于混凝土抗拉强度。综上,压电智能骨料有潜力应用于混凝土内部的拉应力监测。     

荷兰科学家开发环保电动汽车 超9成零件可降解

正据悉,荷兰艾恩德霍芬理工大学的研究人员最近开发了一款环保电动汽车,该汽车的9成组件均能降解。这款电动汽车设有2个座位,车身、结构零件、内部装饰等大部分组件,均采用可生物降解的塑胶聚乳酸和麻纤维复合材料制造,而这些材料是以甘蔗为原料制成。研究人员把复合材料板材组装起来,制成汽车底盘和框架等结构部件,涂料亦使用对环境负荷较小的材料。     

利用压电传感器的仿真混凝土损伤探测研究

提出了一种探测仿真混凝土结构内部损伤的压电波动传感方法,并通过仿真混凝土梁的构件试验对其有效性进行了验证。将压电传感器埋置在仿真混凝土梁中,采用正弦线性扫频激励来驱动特定位置的压电陶瓷传感器,将其他位置的压电传感器作为探头接受弹性波信号,实现对仿真混凝土构件的损伤检测。试验中,分别对完好和不同损伤程度下的仿真混凝土梁进行扫描,通过对接收信号的时域、频域和小波变换分析,识别仿真混凝土梁损伤的出现和发展。结果表明:在仿真混凝土梁中一定传播距离内,信号幅值变化、频率偏移和基于小波包分析的损伤指数对构件的损伤十分敏感,这些数据的变化趋势可以有效地反映构件的损伤程度,可将这类压电传感器用于混凝土坝动力模型试验的损伤监测研究。     

基于SMA-压电阻尼器的巨-子结构智能控制

针对巨-子结构体系,提出在巨-子结构间设置柔性隔震层,并增设一种SMA-压电复合智能阻尼器,形成巨-子结构智能控制体系,可有效改善巨-子结构的抗震安全性。介绍了SMA-压电阻尼器的工作原理与力学模型,建立了巨-子结构体系智能控制体系的分析模型,在此基础上构建了巨-子结构智能控制体系的运动方程。基于限界Hrovat最优控制算法和H2/LQG算法设计了巨-子结构智能控制体系的半主动控制器,进行了Simulink控制效果仿真分析,并与传统抗震,被动隔震,SMA-压电阻尼器的Passive-on、Passive-off控制和理论最优的主动隔震控制策略进行了系统的对比研究。仿真分析结果表明,SMA-压电阻尼器实施智能隔震控制时可兼顾主结构与子结构的控制效果,其控制效果与主动控制时接近,远优于被动控制策略。所提出的巨-子结构智能控制体系可望应用于实际工程中,并取得较好的经济和社会效益。     

GHPFRCC框架梁抗火性能试验研究∗

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(green high?performance fiber?reinforced cementitious composites,GHP? FRCC)是在传统 ECC 基础上加入大掺量粉煤灰制成的一种新型绿色建筑材料。GHPFRCC 具有高延性特点,很适合用于框架梁、柱及节点,但 GHPFRCC 框架梁作为一种新型结构其抗火性能研究较少,为了探明 GHPFRCC 框架梁的抗火性能,进行 10 根 GHPFRCC 框架梁的耐火试验,研究荷载比、纵筋率、剪跨比等因素对火灾下 GHP? FRCC 框架梁的跨中挠度、温度场分布的影响。试验结果表明,火灾下 GHPFRCC 框架梁升温速度最快的是梁底面,速度最慢的是梁顶面;剪跨比为火灾下 GHPFRCC 框架梁破坏形态的主要影响因素;跨中挠度曲线近似线性下降,且剪跨比越大,跨中挠度下降斜率越大;纵筋率可有限提高 GHPFRCC 框架梁的抗剪承载力,箍筋对保证火灾下 GHPFRCC 框架梁的抗剪性能至关重要。     

一种复位型SMA压电混合减震装置的设计与力学性能试验

基于形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)材料和压电(piezoelectric,PZT)陶瓷驱动器的物理力学特点,本课题组设计制作了一种用于结构振动控制领域的复位型SMA压电混合减震装置,对其进行了不同位移幅值、加载频率及激励电压下的力学性能试验,获得了相应的控制力-位移曲线,并从单圈滞回耗能值、等效刚度和等效阻尼比方面分析了各影响因素对其耗能能力的影响。结果表明,该混合减震装置可以双向受力,滞回曲线较饱满且对称性好;激励频率在0. 05Hz～0. 3Hz之间变化时,减震装置的力学性能基本不受频率的影响。随着电压的增大,混合减震装置的绝对最大控制力呈线性增大,当初始摩擦力200N,施加120V电压时,控制力可增大约为400N。在位移幅值12mm,120V电压下单圈耗能量提高了138. 23%,等效阻尼比提高了94. 23%,所研发的复位型SMA压电混合减震装置设计合理,压电半主动单元耗能能力较好。     

某湖滨路拓宽改造工程的稳定性分析及处理方案研究

针对某湖滨路的拓宽改造工程,选取地基土层最不利的断面进行数值模拟,并采用强度折减法研究其整体稳定性。数值分析结果表明,加宽后的新路基稳定性较差,安全储备不能满足要求,需要采取加固措施。对初步设计提出的仅采用土工格栅和采用土工格栅+水泥搅拌桩这两种不同加固处理方案进行了数值分析。计算结果表明,相比仅采用土工格栅,采用土工格栅+水泥搅拌桩进行软基处理可以有效地减小不均匀沉降、提高路堤的整体稳定性。本文的实例研究可供类似工程参考和借鉴。     

复合填料热传导过程数值模拟

复合填料由废铸砂、粉煤灰、聚苯乙烯(EPS)颗粒、水泥和水按一定质量比例混合制成,具有低导热性、抗冻胀和轻质特性。根据热阻力法则和比等效导热系数相等法则,将材料视为由大量正方形单元体组成,其中心为一个球形EPS颗粒,这种单元体与总体的导热系数相等。运用AN SY S软件对复合填料单元体的传热过程进行了有限元模拟,根据瞬态法导热系数测试原理,推求不同EPS掺入比情况下的复合填料导热系数,分析EPS颗粒与导热系数的关系,发现材料导热系数随着EPS掺入比的增加而快速降低。将材料导热系数数值模拟与实测结果作比较,发现有限元模拟值与实测值接近,说明采用有限元方法可以实现对材料传热过程的模拟。     

依据材料与构件的受弯性能综合评价ECC的控裂性

为了研究国产的工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)和普通聚乙烯醇(Polyvi-nyl Alcohol,PVA)纤维混凝土对结构增韧和控裂的效果,分别采用材料试验和构件试验进行研究。通过四点弯曲试验,发现ECC的峰值荷载和峰值荷载对应的拉应变要远远大于普通混凝土、PVA纤维混凝土,而且ECC起裂以后,裂缝宽度较小,且发展较慢,控制较好;采用不同高度的ECC、PVA纤维混凝土作为钢筋混凝土梁底保护层,发现1/4h ECC对钢筋混凝土增韧的效果最好,且裂缝宽度为0.2mm时,1/4h ECC的承载能力比普通钢筋混凝土提高1.6倍,峰值荷载比普通钢筋混凝土提高约12%;同时发现,在相同荷载作用下,采用ECC作为梁底保护层时,裂缝宽度比钢筋混凝土小,且可以有效地控制裂缝宽度的快速增长,间接提高结构的耐久性。     

垃圾填埋场PBFC防渗浆材吸附性能试验研究∗

以水泥-膨润土为主要材料,以粉煤灰替代部分水泥,辅以碳酸钠,聚乙烯醇(PVA)等外掺剂制备一种低渗透性,对垃圾渗滤液具有较好吸附阻滞效果的防渗浆材(即PBFC防渗浆材)。通过该浆材的吸附阻滞试验及SEM微观分析探讨了其吸附阻滞作用机理。SEM图显示,掺入PVA可使水泥水化反应更充分,从而提高浆材吸附性能。PBFC防渗浆材的PVA掺量为1.5 g/L时,其渗透系数最低可达到0.7×10-8cm/s。通过PBFC防渗浆材吸附阻滞作用的有效发挥,垃圾场渗滤液中部分有害成分的浓度达到了《城市生活垃圾填埋场污染控制标准》的要求,且PVA掺量为1.5 g/L时,渗滤液有害成分的浓度值降到最低,这与PVA对防渗浆材渗透系数的影响是一致的。PBFC防渗浆材对铅、汞等重金属离子的吸附阻滞率接近100%,满足生活垃圾填埋场的使用要求。     

悬臂梁振动无线控制的时间延迟补偿研究

结构振动的无线控制具有广阔的应用前景,但其中的时间延迟显著降低了控制性能,是目前急需解决的问题。针对工程中普遍应用的典型结构——压电悬臂梁结构,设计了基于WiFi的无线传感器,搭建了一套无线传输传感和控制信号的无线控制系统,实现了悬臂梁振动的无线控制;采用基于有限差分和变量代换的时间延迟补偿方法,构造了时间延迟状态,对系统的状态方程进行了适当的扩展。仿真结果表明,该方法可以有效补偿无线控制中的时间延迟,显著改善无线控制的性能,甚至可以达到有线控制的效果。     

科学家发明会“流汗”的软体机器人

正在一项发表于《科学—机器人》的研究中,康奈尔大学的研究团队设计出一种可以通过"排汗"实现降温的软体机械抓手。每只机械抓手包含3只可以同步弯曲、实现对物体抓握的"手指"。这些"手指"由水凝胶3D打印制成,储存了大量的水。手指的衬底中有通道,允许液体流动;表层则含有一些小孔。气温较低时,气孔关闭;温度达到30℃时,表层水凝胶膨胀,     

科学家发现超快电荷存储原理

近日,复旦大学微电子学院教授周鹏团队针对主流电荷存储器技术,发现了硅基闪存技术的原理瓶颈,提供了可以应用于硅材料的器件模型,实现了超快速度,为统一存储器的发展提供了技术途径.相关成果在线发表于《自然——纳米技术》.