预应力钢筋混凝土梁损伤声发射分形特征试验研究北大核心CSCD

为了探索预应力钢筋混凝土梁声发射信号特征参数与其损伤的演化关系,利用分形理论对预应力钢筋混凝土梁弯曲破坏过程声发射信号特征参数序列的关联维数演化特征进行了分析。研究结果表明:在弯曲破坏过程中,声发射信号能量参数序列在给定的尺度下具有明显的分形特征,不同的加载级数下声发射过程也具有不同程度的自相似性,因此关联维数可以描述预应力钢筋混凝土梁结构的力学状态。AE信号能量参数关联维数的折线下降意味着损伤的出现,关联维数持续下降后并呈水平趋势,可作为预应力钢筋混凝土梁结构临近极限承载力的征兆,这些特征可用于预应力钢筋混凝土简支梁结构健康监测和无损检测。     

预应力钢筋混凝土梁损伤声发射分形特征试验研究

为了探索预应力钢筋混凝土梁声发射信号特征参数与其损伤的演化关系,利用分形理论对预应力钢筋混凝土梁弯曲破坏过程声发射信号特征参数序列的关联维数演化特征进行了分析。研究结果表明:在弯曲破坏过程中,声发射信号能量参数序列在给定的尺度下具有明显的分形特征,不同的加载级数下声发射过程也具有不同程度的自相似性,因此关联维数可以描述预应力钢筋混凝土梁结构的力学状态。AE信号能量参数关联维数的折线下降意味着损伤的出现,关联维数持续下降后并呈水平趋势,可作为预应力钢筋混凝土梁结构临近极限承载力的征兆,这些特征可用于预应力钢筋混凝土简支梁结构健康监测和无损检测。     

声发射技术在桥梁结构健康监测中的应用研究进展

声发射技术作为一种被动的、动态的监测手段,在工程和材料领域得到了广泛的应用,正日益受到桥梁结构健康监测研究者的关注。本文回顾了近年来国内外基于声发射技术的桥梁结构健康监测研究状况。首先,简要介绍了声发射的基本原理和声发射信号处理方法;其次,详细分析了声发射技术在桥梁结构健康监测中的研究成果,包括钢筋混凝土桥、钢结构桥、桥梁结构关键构件和无线声发射传感器及其网络等;最后,分析了声发射技术在桥梁结构健康监测领域应用中存在的一些问题,并对声发射技术的应用前景进行了探讨。     

预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射特性实验研究

利用全波形声发射技术记录了预应力钢筋混凝土梁在3点弯曲荷载下整个破坏过程的声发射信号,并在研究了声发射累计能量随时间变化关系曲线的基础上,采用谱分析对声发射全波形数据进行了分析和处理。以全波形声发射信号的能量分布特性为依据,通过对时域和频域内信号的振幅、频率特征和构件破坏过程的比较,初步得出了预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射信号的参数特性,发现全波形声发射信号能够实时反映预应力混凝土梁破坏过程中的特征信息。     

基于声发射和BP神经网络的预应力钢筋砼梁损伤过程分析北大核心CSCD

以预应力钢筋混凝土梁三点弯曲试验为基础,绘制了声发射幅值、能量等AE参数相关图,揭示了预应力砼梁的损伤演化过程;借鉴NDIS-2421定量评定标准,对试验梁的损伤程度做出定性的评价;同时,通过AE特征信号Kurtosis指标的计算对演化过程进一步分析,确定4个典型失效阶段后,建立各失效阶段声发射信号特征参数数据,并设计BP神经网络模型进行训练,训练后的定型网络对梁损伤程度有很好的识别能力。可以为工程中进一步开展预应力钢筋砼结构损伤活动性的长期健康监测提供理论基础和指导。     

基于声发射和BP神经网络的预应力钢筋砼梁损伤过程分析

以预应力钢筋混凝土梁三点弯曲试验为基础,绘制了声发射幅值、能量等AE参数相关图,揭示了预应力砼梁的损伤演化过程;借鉴NDIS-2421定量评定标准,对试验梁的损伤程度做出定性的评价;同时,通过AE特征信号Kurtosis指标的计算对演化过程进一步分析,确定4个典型失效阶段后,建立各失效阶段声发射信号特征参数数据,并设计BP神经网络模型进行训练,训练后的定型网络对梁损伤程度有很好的识别能力。可以为工程中进一步开展预应力钢筋砼结构损伤活动性的长期健康监测提供理论基础和指导。     

一种新型的裂缝计

通常光测法、摄像法、裂缝显微镜法仅能测量已有旧裂缝的宽度,超声波法和冲击弹性波法仅能测量裂缝的深度,声发射、传感器法和光纤传感网络法可测量正在发生的裂缝。当对于已有裂缝在荷载作用下的动态变化目前还没有一种行之有效的测量方法。为此利用双悬臂梁和应变原理研制成功一种新型裂缝计,可准确测量结构、构件表面已有裂缝在荷载作用下裂缝开合大小或表面动态应变。该仪器具有抗振动干扰的特点,即被测点的振动不产生电量输出,仅在被测裂缝开合或混凝土表面产生应变时才有输出。该裂缝计已获得国家专利。该裂缝计已在哈尔滨、佳木斯等几个桥梁的裂缝检测中得到应用,获得理想的效果,得到铁道部好评。论文介绍了裂缝计的结构原理和技术性能。     

混凝土与钢筋混凝土结构抗火抗冲击研究评述

火灾高温和爆炸冲击荷载会对工程结构造成严重的破坏,二者通常相伴发生,对工程结构产生的破坏更为剧烈。从混凝土材料和钢筋混凝土构件两个层面,分别综述了火灾高温与爆炸冲击荷载单独及联合作用对混凝土与钢筋混凝土结构影响的物理试验、理论分析与数值模拟方面的研究进展,发现现有研究工作的特点为:火灾高温/爆炸冲击单独作用研究多,耦合或联合作用研究少;试验研究工作多,理论分析与数值模拟工作少;宏观均质数值模型多,微/细观非均质数值模型少。建议今后开展火灾高温与冲击荷载联合作用下混凝土材料及钢筋混凝土构件物理试验研究,建立钢筋混凝土构件全过程响应研究的多尺度分析理论与数值模型,揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理,为灾后损伤评估及安全加固提供基本理论。     

碳纤维桥梁拉索疲劳损伤声发射信号小波分析

碳纤维具有强度高、耐久性好等优点,现已广泛应用于土木工程结构中。用碳纤维材料制作的桥梁高耐久性拉索,已经在多个桥梁中得到应用,但是对这种新型桥梁拉索的损伤监测目前还缺乏有效的手段。本文拟采用声发射技术监测碳纤维桥梁拉索疲劳损伤。首先,通过疲劳试验,得到了拉索整个损伤过程的声发射特征参数,并将声发射特征参数两两组合,研究结果表明:采用计数、能量、持续时间、幅值和时间的相关点图可以来综合表征损伤。其次,基于声发射监测信号特点,考虑用小波变换的奇异性检测来处理声发射信号,分析小波系数的奇异性,采用"节点-幅值"定位检测方法,实现了对拉索的损伤识别。与相关点图相比较,小波分析方法在处理声发射信号时,图形更加清晰,特征更为突出,损伤更易识别,而且还可以利用小波阈值去噪、对声发射信号实行信噪分离、提高信噪比,从而提高损伤识别的准确性。     

钢筋混凝土构件率相关恢复力模型研究

通过钢筋混凝土构件的动态试验,研究不同加载速率下的钢筋混凝土梁柱力学特性。考虑屈服强度、极限强度和刚度的动力效应,引入损伤因子,并考虑混凝土损伤对卸载刚度的影响,建立了钢筋混凝土构件率相关的三折线恢复力模型。利用有限元分析软件模拟钢筋混凝土构件的动态试验,对比模拟结果与试验结果得出:考虑应变率效应和混凝土损伤对卸载刚度的影响,能够更好地反映构件的动力特性。对一平面框架结构模型进行不同加载速率下的动态分析,研究加载速率对结构动力反应的影响,结果表明,随着加载速率的增大,结构模型各构件的强度和刚度增大,结构模型整体抗侧移刚度增强,水平位移减小。     

一种Timoshenko裂纹梁的静力挠度分析方法

建立了一种Timoshenko裂纹梁的分析模型并且获得了闭合形式的挠度解析解。首先,在一致梁的理论框架下,通过引入δ函数模拟裂纹导致的局部柔度,建立用广义函数表示的Timoshenko裂纹梁的微分控制方程,进而得到挠度的闭合形式的解答;其次,根据线弹性断裂力学理论,利用转角及挠度突变与局部柔度系数的关系,建立Timoshenko裂纹梁的模型参数与裂纹深度的显式表示;最后,通过对裂纹深度与挠度、转角和曲率间关系的分析,总结了结构响应的损伤敏感性及其特征,并且通过与引入裂纹奇异单元的有限元结果进行比较,验证了本文所建分析模型及求解方法的正确性。研究结果表明,本文所建立的Timoshenko裂纹梁的分析模型,具有较高的计算精度和效率,在结构模型修正和损伤识别中具有良好的应用前景。     

盐渍土环境中RC桥墩柱地震损伤试验研究与计算分析∗

为了研究盐渍土环境中RC桥墩柱的地震损伤,设计制作了10根RC桥墩柱,对其进行了电化学快速锈蚀试验及低周反复加载试验。试验中的主要设计参数为轴压比和锈蚀率。观察和记录了试件的开裂过程及破坏形态,通过实测数据绘制了构件的荷载—位移滞回曲线。在已有基础上提出了锈蚀RC桥墩柱在低周反复荷载作用下的双参数损伤模型,并对其进行了对比分析。试验结果表明:锈蚀率越大,滞回曲线捏缩现象越明显,滞回环面积逐渐减小,峰值荷载和极限位移也逐渐减小,试件耗能能力和延性明显降低,其损伤越来越严重;轴压比越大时,试件极限变形越差,耗能能力越低,其损伤越严重。通过与Mccabe损伤模型及Park-Ang损伤模型进行比较分析,得知该损伤模型更能准确反应构件的实际破坏程度,可为盐渍土环境中RC构件的损伤评估提供参考依据。     

FRP加固震损RC柱建模方法及骨架模型研究

为研究震损RC柱采用FRP(Fiber Reinforced Polymer,FRP)加固修复后的抗震性能,本文基于OpenSees仿真平台,根据震后RC柱的表观损伤状态提出FRP加固震损RC柱的有限元模型建立方法。对FRP加固震损RC柱进行5120种工况的Pushover分析,采用三折线荷载-位移骨架曲线,研究损伤状态对骨架曲线特征点参数的影响规律,并通过数据回归分析提出FRP加固震损RC柱的骨架曲线计算模型。分析结果表明:损伤会降低FRP加固RC柱的承载力及刚度,且降低程度随损伤指数的增大而增加,两者近似成抛物线关系;在DS-5损伤状态下,相比于FRP加固完好RC柱,FRP加固震损RC柱的屈服承载力P y、峰值承载力P c、弹性刚度K 1、弹塑性刚度K 2及下降段刚度K 3的均值下降17.9%、14.5%、41.8%、43.1%和19.9%;损伤对FRP加固RC柱弹性刚度和弹塑性刚度的降低程度明显高于屈服承载力和峰值承载力;文中提出的FRP加固震损RC柱骨架曲线计算模型具有较高精度。     

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温弯矩分析

目前国内外对混凝土结构的抗火性能评估几乎都是针对独立构件开展的,很少考虑相邻构件之间的相互约束作用。实际火灾调查与明火试验表明,结构中构件的火灾行为与独立构件有着较明显的差别。本文开展了具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温反应分析,揭示了轴向/转动约束刚度比、梁截面尺寸、跨度、荷载比、加固量、配筋率、保护层厚度和防火涂料厚度等参数对ISO834标准升温作用下约束加固梁的梁端弯矩的影响规律。在此基础上,给出了高温下约束加固梁的梁端弯矩实用计算方法。研究表明:①随着升温时间的增加,约束加固梁的梁端弯矩总体呈现先逐渐增大而后渐趋平缓的趋势;②防火保护(即使防火涂料厚度只有10mm)对高温下约束加固梁的梁端弯矩影响显著。     

钢筋混凝土梁正截面率相关特性分析

根据混凝土单轴动力特性试验,对规范给出的混凝土应力—应变关系表达式进行了修正,引入了应变率的影响,并利用修正的表达式对钢筋混凝土梁的开裂弯矩、开裂曲率、极限弯矩和极限曲率进行了数值分析。分析考虑2种情况:①只考虑混凝土的动态特性;②既考虑混凝土的动态特性,也考虑钢筋的动态特性。结果表明,对于适筋梁,混凝土的动态特性对梁的开裂弯矩、开裂曲率、极限弯矩和极限曲率的影响很小,但是钢筋的动态特性的影响比较大;而对于超筋梁,混凝土的动态特性和钢筋的动态特性对梁的开裂弯矩、开裂曲率、极限弯矩和极限曲率都有显著影响。     

基于MS模型的剪力墙—核心筒结构的高层建筑三维非线性动力破坏分析

采用非线性多弹簧弹塑性有限元模型,对我国一座最高的民用超高层钢筋混凝土剪力墙—核心筒结构进行了非线性地震响应破坏分析。通过分级加载分析了不同地震烈度下超高层建筑从弹性、塑性直至失效的结构内力和变形的整个过程,并采用静力Push O ver方法和1/50比尺的振动台模型试验进行了破坏分析。结果表明超高层建筑的最薄弱位置在1/2到2/3之间高度处。非线性数值分析的结果和振动台模型破坏试验现象符合一致。     

斜拉桥破损诊断技术的研究

针对钢筋腐蚀、疲劳、预应力松弛和桥梁整体倾斜或变形所引起的斜拉桥局部破损,以使用了15年的永和斜拉桥为研究对象,对斜拉桥破损诊断技术进行了研究,对该桥的破损位置进行了定位,对其破损程度进行了评价.利用有限元分析和现场振动测试结果,对破损前后的模态参数进行分析,提取了对破损状况较敏感的模态曲率作为斜拉桥破损诊断的参数,并从模态参数中选取部分点的分量,导出了可以指示斜拉桥桥面(主梁)大概损伤位置的损伤指标Id,可用以识别出斜拉桥发生破损的区段及破损程度.研究成果为永和斜拉桥的养护维修方案提供了技术支持.     

碳纤维布加固混凝土梁的高温抗弯承载力——影响因素及衰减关系

通过引入混凝土高温等效抗压强度,提出了碳纤维布加固混凝土梁高温抗弯承载力的一种简化计算方法.利用所提方法,考察了防火涂料设置、碳纤维布加固量、受拉钢筋配筋率、混凝土保护层厚度等参数对加固梁高温抗弯承载力的影响规律.在大量分析结果基础上,建立了加固梁高温抗弯承载力随升温时间的定量衰减关系.研究结果表明:(1)利用该简化方法所得加固梁的耐火极限与试验结果吻合较好;(2)实际工程中梁侧防火涂料高度可以90 mm为限,在此范围内加固梁的高温抗弯承载力随着梁侧防火涂料高度的增加逐渐增大;(3)混凝土保护层厚度越小,加固梁抗弯承载力随升温时间增加而降低的速率越大,但升温2 h以后加固梁的抗弯承载力基本按同一速率下降.     

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。