水泥基压电传感系统在混凝土结构动态监测中的应用

文中在新型水泥基压电传感器的基础上开发了一套水泥基压电传感系统,该系统由水泥基压电传感器、专门开发的小型电荷放大器、多通道数据采集仪和监测软件组成.该水泥基压电传感系统具有与混凝土的兼容性好,耐久性好,成本低廉等优点.将该系统应用到短柱模型和框架结构模型的动态响应测试中.试验结果表明:水泥基压电传感器在埋入混凝土构件后其频响特性和输入输出的线性关系不变,而且由其构成的传感系统还能够准确获得结构在简谐及地震地面运动下的内力.水泥基压电传感系统可用于混凝土结构的动态监测.     

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。     

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料梁受剪试验研究

超高韧性水泥基复合材料是一种新型建筑材料。为分析超高韧性水泥基复合材料构件的力学性能,制作了超高韧性水泥基复合材料简支梁,并对集中荷载作用下的超高韧性水泥基复合材料梁的受剪性能进行了试验研究,分析了梁在荷载作用下的受力及变形特点。试验共包括9根超高韧性水泥基复合材料梁和1根混凝土对比梁,试验的主要参数为配筋率、配箍率及剪跨比。对试件规格、加载方式、加载制度及量测设备等方面进行了介绍,并对试验结果进行了分析。从试验破坏现象来看,表明梁具有较好的延性破坏特征;从荷载位移曲线、抗剪强度及箍筋应变结果来看,表明梁具有较好的韧性;超高韧性水泥基复合材料梁试件具有较好的抗剪性能。     

超高韧性水泥基复合材料连梁斜截面承载力试验研究

完成了6个超高韧性水泥基复合材料连梁和1个钢筋混凝土试件的低周反复荷载试验,分析了连梁滞回性能和抗剪强度等力学性能,研究了连梁跨高比变化、配箍率等参数对连梁抗震性能的影响。研究结果表明:超高韧性水泥基复合材料连梁的滞回曲线呈反S形,但较钢筋混凝土连梁的滞回曲线更为饱满,给出了超高韧性水泥基复合材料连梁斜截面抗剪承载力的建议公式。     

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。     

PE纤维水泥基复合材料框架梁柱节点的抗震性能试验研究

为了研究聚乙烯(PE)纤维水泥基复合材料应用于结构中的抗震性能,对PE纤维水泥基复合材料梁柱节点和普通混凝土梁柱节点进行了低周往复荷载作用下的抗震性能试验研究。对节点破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度退化、强度退化和耗能等抗震性能进行了对比分析。试验结果表明:2种节点均经历了初裂、通裂、极限和破坏四个过程;PE纤维水泥基复合材料替换节点核心区附近混凝土,将混凝土框架节点从核心区剪切破坏提升为梁的弯曲破坏,对节点的初始刚度有一定提升,屈服荷载和极限承载也有所增强,节点强度和刚度始终优于混凝土节点,对节点的耗能能力没有明显影响。     

高强高性能混凝土损伤的细观数值演化

在细观层次上,混凝土可以被看作由水泥基、分散粒子和界面过渡层组成的三相复合材料。首先,基于骨料分布和形态的随机特性,将瓦拉文公式推广应用于确定二维混凝土试件截面凸多边形骨料分布,提出圆形骨料模型中以圆骨料的面积为控制参数,以圆内接多边形为基架的凸多边形随机骨料算法。进而以C80高强高性能混凝土为例,对数值试样进行单轴受压的数值模拟,得到相应的应力-应变曲线和损伤演化图。数值模拟结果与物理试验结果对比表明本文提出的数值模型合理可行。     

智能结构模态控制实验研究

独立模态控制方法原理明确,实现简单,是智能控制的常用算法,根据一个3层框架结构智能控制实验,介绍了模态控制理论及实现方法,阐述了压电堆工作原理,根据压电堆受压性能好的特点设计了一种将拉力转化为压力的主动元件,给出了压电堆工作的检测方程和控制方程。通过对实验数据分析,可以看到,通过对结构进行主动控制,相应的模态位移和加速度得到了良好的抑制。     

超高韧性水泥基材料增强框架节点抗震性能有限元分析

为了研究超高韧性水泥基材料增强框架梁柱节点的抗震性能,采用Opensees有限元软件对3榀框架梁柱中节点进行了非线性有限元分析。通过调整混凝土本构模型中抗拉阶段的荷载-位移关系,模拟了超高韧性水泥基材料的应变硬化性能。计算得到了试件的滞回曲线、骨架曲线和能量耗散系数,并与试验结果进行了对比。两者吻合良好,表明所采用的材料本构关系和建立的非线性有限元模型能够较准确的模拟超高韧性水泥基材料增强框架节点的抗震性能。     

压电晶体吸附检测器及其在断层气测量中的应用

结合断层气测量，对压电晶体吸附检测器检测气体浓度的基本原理、测量装置、石英晶片选择、测量气室构型、气体进样方式、化学涂层物质的选择、涂层的制备、载气的选择、水汽及其它气体的干扰影响及消除等作了较详尽的论述，并简略介绍了目前利用压电晶体吸附检测器实现气体测量的气体种类、所用涂层物质、干扰情况及所能达到的精度。指出压电晶体吸附检测器具有灵敏度高，气体选择性好，装置简单，易于实现现场连续监测等优点，将其     

PVA-ECC加固桥墩抗震性能试验与数值研究

为了全面研究工程水泥基复合材料（ECC）加固桥墩的抗震性能,对采用聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA-ECC）加固的桥墩进行了拟静力试验。并基于有限元分析软件OpenSees建立了数值模型,通过对比数值模拟结果与试验结果,验证有限元分析的有效性,在此基础上对PVA-ECC加固桥墩进行数值参数分析,探讨轴压比、新旧材料厚径比及体积配箍率变化对桥墩抗震性能的影响规律。结果表明:数值模拟的滞回曲线与骨架曲线和试验基本吻合;与普通混凝土桥墩相比,新旧材料厚径比为0.10时,即可获得优异的延性性能,ECC加固的桥墩变形性能显著提升,极限位移提高,滞回曲线更加饱满,抗震性能更加优异。对于高轴压比情况,为了确保ECC加固桥墩的延性性能,应根据实际情况增加新旧材料厚径比;ECC材料可部分替代箍筋作用,适用于箍筋配置不足的桥墩加固,PVA-ECC具有较好的工程抗震加固的作用。     

箍筋约束ECC方形截面短柱轴心受压力学性能试验研究

文中对15根普通箍筋约束工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)方形截面短柱进行了轴心受压破坏试验,试验结果表明:PVA纤维的桥接增韧作用,改善了ECC基体的塑性变形能力,更有利于箍筋约束效果的发挥;减小箍筋间距、采用低强度ECC或复合箍筋,试件应力-应变全曲线的下降段更为平缓,试件破坏时的整体性较好;箍筋约束作用对ECC变形性能的影响明显大于强度,且对峰后延性的影响最为显著;基于试验与理论分析,提出了箍筋约束ECC力学特征参数的计算公式,可为ECC的实际工程应用提供参考。     

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。     

GHPFRCC轴心抗压强度和弹性模量的试验研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料GHPFRCC(Green High-performance Fiber-reinforced Cementitious Composites Column)以工业废料粉煤灰代替水泥、PVA(Polyvinyl Alcohol)纤维等为主要原料配制而成,能够大大改善结构耗能能力和耐久性。对16组GHPFRCC试件(尺寸为70.7mm×70.7mm×213.8mm)进行静力受压试验,研究分析GHPFRCC棱柱体轴心抗压强度和弹性模量的影响因素及规律。试验结果表明:①水灰比对抗压强度的影响最大,要提高GHPFRCC抗压强度需减小水灰比;②对GHPFRCC弹性模量影响最大的因素为水灰比,砂胶比影响最小;③GHPFRCC抗压强度大小与普通混凝土相似,说明粉煤灰替代水泥没有明显降低其抗压强度;④由于含有PVA纤维和不含粗骨料,GHPFRCC弹性模量略低于普通混凝土;⑤给出了GHPFRCC抗压强度和弹性模量之间的数值表达式。     

纤维砂浆抗裂性能的研究进展

运水泥制品及构件是典型的脆性材料,抗裂性能差,容易产生大量的裂缝,降低了建筑物的使用功能、抗渗性和耐久性。为了解决上述问题,建议在水泥基材料中掺入纤维以增强水泥基材料的抗裂性能,提高建筑物的工程质量。从纤维砂浆的抗裂性能方面介绍了国内外的研究进展,从工作性能方面分析了纤维砂浆存在的问题,提出了相应的解决方法,为纤维砂浆这种新型水泥基材料的科研与工程应用提供了参考意见。     

海陆两栖地区地震勘探新型检波器的研制及应用效果

本文分析了海陆两栖地带地震勘探中同时使 用的速度检波器和加速度检波器存在的差异及其对 地震信号的影响;在此基础上,设计研制出了陆用 压电检波器,并对其性能特点进行了分析;通过试 验资料分析,消除了海陆两种不同机理的检波器资 料的相位差的问题,陆用压电检波器和水中压电检 波器记录信号的频带和能量达到一致,提高了地震 资料的分辨率;实现了海陆地区可以同时采用相同 机理的检波器进行地震信号的接收,解决了滩海地 区速度检波器和加速度检波器长期混用的问题。     

基于压电摩擦阻尼器的输电塔模型结构控振分析与试验研究

研究了新型压电摩擦阻尼器对输电塔结构模型在地震作用下的振动控制问题。提出了一种新式的拉索-压电摩擦阻尼器减振系统,对安装有拉索-压电摩擦阻尼器减振系统的输电塔结构模型进行了振动台试验,试验中采用最优Bang-Bang半主动控制策略对阻尼器出力进行实时调节。对试验进行数值模拟分析,并将分析结果与试验结果进行对比,同时对结构的耗能进行了时程分析。结果表明:拉索-压电摩擦阻尼器减振系统能有效减小输电塔结构模型在地震过程中的响应;模拟与试验结果相吻合,说明了模拟结果的可靠性良好。     

超高韧性水泥基材料新型框架节点性能研究

进行了9个超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)新型框架节点的抗震试验。研究了轴压比和核心区箍筋间距对新型节点承载能力、滞回特性和耗能能力的影响。结果表明,UHTCC节点出现了大量裂缝间距仅为1mm左右的微细斜向裂缝,节点的开裂荷载和抗剪承载力都有明显的提高。UHTCC材料可降低甚至消除节点核芯区箍筋的用量。在试验基础上,对UHTCC新型框架节点的开裂荷载和极限承载力进行了理论计算,计算值和试验结果总体吻合较好。     

用实验方法研究水泥石动态断裂韧性

为了减轻射流侵彻对水泥环的破坏,改善界面的密封胶结性能,必须对现有的水泥石进行改性研究。根据超混复合材料的原理,我们在水泥石的配比中增加几种填料,通过填料影响改变水泥石的动态断裂韧性。将水泥石制成短棒试件,用分段式Hopk inson压杆对几种改性配方的水泥石的动态断裂韧性进行实验测定,给出了部分实验结果。采用反射式动态焦散线方法,对六种水泥石材料的动态断裂韧性进行了实验研究,给出了实验结果。并比较了短棒实验和动态焦散线法测量动态断裂韧性的结果,两者吻合较好。研究表明:纤维增强是提高水泥石抗冲击性能的有效途径。