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。     

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.     

1-3型水泥基压电复合材料的制备与性能研究

通过预埋压电陶瓷而制备的水泥基压电复合材料,既可以制成传感器实现混凝土结构的长期性能监测,也可以制成路面水泥制品,实现车辆与行人载荷的电能转化。本文详细阐述了压电陶瓷纤维制备过程及其基本性能。应用插排-浇筑法制备了1-3型水泥基复合材料制品,并完成了此制品在锤击作用下压电信号的采集。     

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。     

压电陶瓷传感器的埋地长输管道动力响应监测

为监测埋地长输管道在冲击荷载作用下的动力响应,制作土箱-管道缩尺模型,将标定好的压电陶瓷传感器粘贴在管道上进行冲击试验。根据压电陶瓷传感器输出的加速度值,得到埋地管道在冲击荷载作用下的动力响应规律,并分析管道壁厚、管径、埋深、冲击高度等参数对管道动力响应的影响。利用有限元分析软件ABAQUS对该过程进行非线性有限元模拟,将有限元分析结果与试验结果进行对比,二者吻合程度较好。结果表明:在冲击荷载作用下,冲击高度增加,管道振动加速度峰值增大;相同工况下,大管径和薄壁管道振动加速度峰值较大,管道覆土越深,管道振动加速度峰值越小;压电陶瓷能够有效监测埋地管道的动力响应,为管道工程抗震设计和安全性评估提供参考依据。     

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。     

压电智能传感结构在土木工程中的研究和应用

压电智能结构是目前智能结构的研究热点之一,用途广阔,并取得了丰富的研究成果：文章综述了压电智能结构中的传感器／驱动器及其系统和基于压电传感器的常用监测方法以及在土木工程中的研究和应用等,并对压电智能传感结构工程实用化的前景提出看法。     

基于波动理论的压电智能混凝土单轴破坏实验研究

通过在混凝土标准试块内埋置压电驱动器和传感器,以波动理论为基础,通过混凝土内发射和接收应力波,构筑压电智能混凝土的主动健康监测系统,并进行了压电智能混凝土标准试件单轴破坏实验,得到剪切波速、相对能量衰减和频域特性随破坏程度的变化。实验结果表明,在一定范围的频率下,剪切波速在临近极限荷载的区域,衰减速率有所增加;而相对能量衰减,在"局部裂纹萌生"阶段,衰减速率便增加。因此,相对能量衰减在混凝土破坏的初期阶段,更具有敏感性。     

压电智能骨料的动态响应性能试验研究

基于压电陶瓷材料,设计制作了能够埋入混凝土内部的"智能骨料",作为传感器进行动态应力测量。根据压电陶瓷片尺寸将传感器分为A型和B型。采用电荷放大器和LMS数据采集系统,对应力传感器在动力加载下的响应进行试验分析。研究发现,传感器表面实测应力与电荷放大器输出电压之间有良好的线性关系;在相同的加载速率下,B型应力传感器的灵敏度系数要高于A型应力传感器,量程小于A型应力传感器。     

喷射超高韧性水泥基复合材料加固带裂缝素混凝土梁的力学性能试验研究

对既有受损混凝土结构的加固维修是地震灾后重建的重点之一。应用喷射超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）的拉伸应变硬化特性,研究了带裂缝混凝土梁底部喷射20mm薄层UHTCC的加固作用。结果表明:薄层喷射UHTCC对混凝土梁的弯曲强度和弯曲刚度有明显的加固作用,可将带预制裂缝的混凝土梁极限承载力提高117.5%,使受损混凝土梁的承载能力恢复到相同尺寸无损混凝土梁承载能力相当的水平;此外混凝土梁底部薄层喷射UHTCC能将裂缝宽度控制在0.1mm以下的微裂缝,有利于提高混凝土梁的耐久性。     

FBG传感器在碾压仿真混凝土大坝模型实验中的应用

光纤光栅传感器(FBG)具有抗电磁干扰、结构简单、测量精度高、长期稳定性好,可以实现实时、在线监测等优点,在传感器领域中得到了广泛的应用。对自行开发的管式光纤光栅应变传感器进行了混凝土梁纯弯标定实验;利用光纤光栅传感器检测了混凝土结构内部的应变变化;应用该种传感器,对在白噪声、正弦波、随机波三种动力荷载作用下碾压仿真混凝土大坝坝段模型结构各个工况下的应变进行分析。结果表明:自行开发的管式光纤光栅传感器应变测量值与电阻应变片测量值符合很好;成功监测了碾压仿真混凝土大坝坝段模型在动荷载作用下的弹性应变和启裂应变,为大坝结构在地震作用下的健康状况分析提供可靠依据。     

低配筋率混杂纤维自密实混凝土受弯梁的延性和变形

进行了一系列不同纤维类型和掺量的纤维增强低配筋率自密实混凝土梁受弯性能试验研究,分析了梁的荷载-跨中挠度曲线、延性和钢筋及混凝土的变形,并与钢纤维增强钢筋混凝土梁进行了对比。结果表明:与按最小配筋率配筋的钢筋混凝土梁或钢纤维混凝土梁相比,混杂纤维增强钢筋自密实混凝土梁的屈服荷载和极限荷载显著增加,2种纤维协同作用时具有明显的正混杂效应;纤维掺量为40+4 kg/m~3混杂纤维并按最小配筋率配筋的梁的极限荷载与按1.5倍最小配筋率配筋的梁相当;纤维降低了按最小配筋率配筋的梁的延性,减小了梁开裂后的跨中纵筋应变和压区边缘混凝土的压应变;混杂纤维混凝土梁的阻裂效果好于钢纤维混凝土梁。     

冲击荷载作用下混凝土破坏强度的确定及CT验证

从细观结构出发,把混凝土看作由骨料、界面和砂浆组成的非均质复合材料,建立随机骨料模型,应用损伤塑性本构,对试件进行了冲击荷载作用下的数值模拟,通过施加不同的加载方式,研究材料的损伤破坏过程,最终以位移加载得出荷载-位移曲线的峰值强度作为细观混凝土试样的破坏强度.通过对混凝土进行冲击荷载作用下的实时CT扫描,得出试件的荷载位移曲线及各个应力阶段的CT图像,发现数值模拟所得混凝土强度及破坏过程与CT观测到的结果有较好的相似性.结果表明,利用该方法研究混凝土在冲击荷载作用下的损伤破坏过程是合适的,以荷载-位移曲线的峰值点作为混凝土破坏强度点是合理的.     

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。     

纤维-钢筋自密实混凝土矩形梁的剪切韧性

参照Banthia的PCS法和德国纤维混凝土规范,提出了采用剪切韧性指标评价纤维-钢筋自密实混凝土剪切破坏梁峰值荷载后受力性能的新方法。并对2组系列不同纤维-钢筋自密实混凝土剪切破坏梁峰值荷载后受力性能进行评价,同时对梁峰值荷载前吸收的能量进行比较。结果表明:钢纤维或混杂纤维显著地提高了梁峰值前能量吸收能力,混杂纤维在改善梁的峰值荷载前吸收能量上要优于钢纤维;掺加纤维掺量为40+4kg/m3或50kg/m3无箍筋梁的峰值前能量吸收值与构造配箍率的梁相当;仅掺加钢纤维或混杂纤维梁峰值后的荷载下降非常显著,峰值后维持荷载的变形能力小于仅配箍筋的梁;混杂纤维和箍筋的共同使用可改善梁的剪切韧性。     

边坡变形的分布式光纤监测试验研究及实践

布里渊光时域反射计（BOTDR）是一项新型光电传感仪器,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。该技术采用光纤作为传感和传输介质,具有良好的抗干扰、长距离、可植入性和分布式监测等特点。本文总结了近几年来分布式光纤在边坡工程中监测的工程实践和试验研究结果。实践表明,将光纤传感器铺设在加固边坡的锚杆和框架梁中,在加固边坡的同时进行安全监测,可以取得良好的效果;而将光纤直接铺设在边坡浅层土体中进行监测,可以及时对边坡安全提供预警,但往往不利于长期监测。本文还介绍了将光纤传感器布设在用于加固边坡的土工织物中进行安全监测的室内试验研究。实验证明,不同的光纤类型、布设方法、土工织物性能等都会对监测结果产生影响。最后分析了分布式光纤监测在岩土工程监测中的应用前景,以及今后研究的关键技术问题。     

移动荷载对桥梁动力响应的影响研究——以开裂预应力混凝土简支梁为例

混凝土桥梁在工作过程中会产生裂缝,为分析移动荷载对开裂混凝土桥梁结构刚度的影响,对开裂梁动力响应进行分析。建立简支T梁桥有限元模型,并将移动荷载施加至有限元模型中。根据简支T梁桥破坏横向分布位置和强度的不同,研究不同工况下各梁荷载横向分布及不同移动速度对裂缝扩展宽度的影响。结果表明,数值模拟结果能较好地验证计算模型的准确性;在较大的移动荷载作用下,混凝土开裂,导致结构刚度减小、位移增大;随着移动荷载和速度的增加,开裂时间增加,结构刚度降低,持续时间增加,位移增大,使结构响应呈现明显非线性。     

钢管混凝土在爆炸冲击荷载作用的研究现状

介绍了钢管混凝土的发展概况,爆炸荷载的分类以及相对应的抗爆措施,总结了现有钢管混凝土在爆炸荷载作用下试验的相关论文,对了解钢管混凝土抗爆设计的深入研究具有指导意义。另外对爆炸冲击荷载作用下钢管混凝土的性能的研究现状进行了分析。     

“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。     

组合深梁填充钢框架的恢复力模型

为实现结构刚度可在一定范围内渐变,同时充分发挥组合钢板的性能,介绍一种新型高层抗震加固结构体系—组合深梁。通过在水平低周反复荷载下,2个组合深梁填充钢框架结构模型试验,得到内填组合深梁钢框架结构的滞回曲线。试验过程中,混凝土板限制了钢板失稳变形,钢板塑性得以发展;组合深梁最后耗能破坏,随后钢框架发生破坏。试验结果显示:组合深梁主要由钢板部分来承担水平剪力和弯矩,混凝土板并不承担水平荷载;试件的滞回曲线饱满且骨架曲线有明显的塑性流动阶段,试件的延性和耗能能力较好,证明内填组合深梁钢框架结构抗震性能良好。最后,利用得到的试验数据进行回归分析,建立该结构恢复力模型,可用于组合深梁结构的弹塑性反应分析。