SMA混凝土梁的裂缝监测及自修复

试验研究了混凝土梁加载过程中Ni-Ti形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)丝电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系和SMA丝通电激励过程中混凝土梁裂缝恢复的变化规律.结果表明:SMA丝电阻变化率随混凝土梁裂缝宽度的增加呈现出规律性的变化,尤其是当混凝土裂缝在0.3 mm范围内变化时其电阻变化率对梁裂缝变化更为敏感;SMA丝通电激励后的恢复特性能使SMA混凝土梁的裂缝很好愈合.利用SMA丝电阻变化率对裂缝变化的敏感性和其相位恢复特性可实现对混凝土梁裂缝的自监测和自修复.     

混凝土梁桥自监测裂缝自闭合试验研究

通过SMA埋入梁体,进行混凝土梁桥自监测裂缝自闭合试验,试验拟合出梁裂缝宽度变化与SMA电阻变化率的曲线关系,得到了在混凝土梁允许裂缝范围内对应的SMA电阻变化率的安全区段,实现了混凝土梁桥在突发开裂情况下的智能预报;同时对梁中埋入的SMA实施相应的电压激励,在电流作用下,随着合金丝温度的升高,合金内部由马氏体相向奥氏体相转变,马氏体相状态下产生的塑性变形随之消失并产生回复力作用于混凝土使结构变形恢复,实现混凝土裂缝的自闭合,SMA将桥梁监测带进了一个新领域。     

SMA在结构健康监测中的应用研究

针对一种Ni-Ti形状记忆合金材料,通过试验定性了解了其力学性能随温度、应变幅值的变化情况;并通过通电激励的方式得出了合金温度随电流强度、通电时间的变化曲线,及常温下合金轴向应变与电阻变化率之间的关系。并介绍了将形状记忆合金丝埋置于混凝土梁中,形状记忆合金电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系。     

形状记忆合金智能混凝土连续梁的变形特性的研究

利用形状记忆合金(Shape memor yalloy,简称SMA)的形状记忆效应,配制智能混凝土连续梁。运用试验方法研究SMA智能混凝土梁自修复特性的规律及其影响因素,并分析SMA对连续梁的过大变形及裂缝的修复机理。研究结果表明:预先配置的SMA能够显著提高混凝土梁的刚度;通电激励加热的方法,SMA钢筋能够提供显著的恢复力,有效减小梁的挠度和裂缝宽度;增加合金的总截面面积,即提高SMA丝的配筋率,可提高合金对混凝土梁的驱动效果;在混凝土梁中配置受拉钢筋,虽然可以提高梁的承载能力,但钢筋的塑性变形对SMA梁的变形恢复又起到阻碍作用,会影响梁的修复效果。     

形状记忆合金回复性能研究及其在混凝土梁裂缝修复中的应用

为探讨形状记忆合金(SMA)对钢筋混凝土梁裂缝的修复效果,进行了SMA丝的回复性能试验,结果表明:施加恒定电流得到的SMA丝的回复应力大于施加台阶式电流;当初始应变小于最大回复应变时,SMA的回复应力随其初始应变的增大而增大;当电流激励产生的温度过高时,SMA材料发生软化导致回复应力下降。此外,在试验的基础上,将SMA丝的受限回复应力等效为偏心荷载和钢筋的初始应力,对SMA智能混凝土梁进行了有限元分析,证明这两种等效方法简便可行;同时还探讨了SM A丝的不同直径、根数和初始应变对混凝土梁的裂缝修复效果的影响。     

形状记忆合金增强弹性混凝土梁的变形特征

利用形状记忆合金的超弹性和受限回复产生较大驱动力的特性,研制了一种智能混凝土梁。通过试验研究了形状记忆合金智能混凝土梁的变形规律及其影响因素,揭示了形状记忆合金超弹性梁的自修复机理。试验结果表明:形状记忆合金显著地提高了混凝土梁的变形能力;一旦外力消失,梁在形状记忆合金超弹性效应的驱动下,挠度迅速恢复,裂缝闭合;增加合金的总截面面积可提高合金对混凝土梁的驱动效果,但钢筋塑性变形的存在,则对形状记忆合金梁的变形回复起着阻碍作用。     

形状记忆合金对混凝土梁驱动效应分析

着重研究形状记忆合金偏心埋置于混凝土梁后 ,合金在逆相变过程中对梁变形的驱动效应。研究了合金预应变值、配置量及直径粗细、混凝土龄期、通电激励模式、试件养护方法及截面尺寸等因素对于梁变形性能(合金驱动效应 )的影响规律。试验结果表明 :合金在逆相变过程中能对混凝土梁产生很大的驱动力 ,使得对梁挠度值的主动控制与调整成为可能 ;可以按需要增加预应力值 ,以补偿预应力损失等 ;合金的预应变值、配置量、通电激励模式、直径粗细等因素对于合金的驱动效应有较大影响。     

考虑粘结滑移的实腹式型钢混凝土梁裂缝宽度计算

考虑了粘结滑移对型钢混凝土梁裂缝宽度的影响,提出了实腹式型钢混凝土梁的裂缝宽度计算方法,并与相关文献的试验结果进行对比,结果表明,考虑粘结滑移计算得到的型钢混凝土梁的裂缝宽度与试验结果吻合较好。     

裂缝宽度对机场道面融雪除冰碳纤维混凝土导电性能影响的试验研究

碳纤维混凝土是极具应用前景的机场道面融雪除冰材料,而机场道面裂缝的普遍存在对碳纤维混凝土导电性能存在着严重影响。通过采用实际机场道面要求的混凝土配合比设计,在测试并优化选择碳纤维掺量的基础上,通过试验研究建立了裂缝宽度对碳纤维混凝土导电性能的影响关系。试验结果表明:随着裂缝宽度的增加,起初碳纤维混凝土电阻变化率与裂缝宽度呈线性关系;在临界的裂缝宽度之后电阻变化率大幅度上升,此临界裂缝宽度被定义为碳纤维混凝土有效导电临界宽度。机场道面融雪除冰碳纤维混凝土的有效临界宽度值在0.65 mm左右。     

混杂纤维高性能导电混凝土裂缝监测的试验研究

为了研究高流态高性能混凝土开裂后其导电性与开裂电阻之间的关系,以碳纤维和钢纤维作为复相导电材料与结构材料加入混凝土中用以改善其导电性能、韧性与抗裂性。通过试验分析,建立了混凝土梁在受弯荷载作用下电阻变化率与裂缝宽度的关系。研究表明:开裂后,混凝土电阻变化率与裂缝宽度呈线性关系。     

复合配筋增强工程水泥基复合材料梁受弯性能试验研究

为了研究不同筋材增强工程水泥基复合材料（ECC）受弯构件的力学性能,设计并制作6个几何尺寸相同的试验梁,包括形状记忆合金（SMA）增强ECC（SMA-ECC）梁、GFRP增强ECC（GFRP-ECC）梁、钢绞线增强ECC（SS-ECC）梁、SMA/GFRP增强ECC（SMA/GFRP-ECC）梁、钢筋增强ECC（R-ECC）梁和普通钢筋混凝土（RC）对比梁。通过低周单向循环加载试验,研究相同加载条件下相同配筋率的各试验梁的破坏过程、承载能力、耗能能力、位移延性、残余变形和自复位性能,考察SMA/GFRP-ECC梁的力学性能。结果表明：与普通钢筋混凝土梁相比,复合配筋增强ECC梁在加载过程中呈现出明显的多缝开裂特征,具有更好的延性;与采用其他筋材的复合配筋增强ECC梁相比,SMA/GFRP可以使梁兼具大承载力、高耗能以及自复位能力;SMA/GFRP-ECC梁具有较高承载力、延性以及损伤自修复、位移自复位能力。     

装配整体式混凝土梁-柱子结构角柱失效后承载能力试验研究

钢筋混凝土框架结构在角柱失效后,与失效角柱相连的两边梁处于弯剪扭复杂受力状态,其承载能力不同于纯弯构件。为评估装配整体式混凝土框架结构在角柱失效后边梁的承载能力,对5个装配整体式梁 柱子结构试件与1个整体现浇梁-柱子结构试件进行单调静力试验。对于装配整体式子结构,考虑了3种节点连接形式（90°弯钩连接、开槽水平搭接、锚固板焊接）和3种扭弯比受力状态（0、0.127、0.254）。通过对比各子结构的破坏形态、承载能力与延性,分析了扭弯比及节点连接形式对边梁承载能力的影响,对比了装配整体式子结构与整体现浇子结构在复杂受力状态下的性能差异。结果表明：在弯扭作用下装配整体式叠合梁承载力随着扭弯比的增加而降低;扭弯比为0.127∶1与0.254∶1时,结构承载力比纯弯结构分别降低了15.9%与40.4%;节点连接形式为90°弯钩连接时,装配整体式叠合梁在复杂受力状态下的性能可以认为与整体现浇梁的相同。     

钢筋高强再生混凝土足尺梁长期荷载作用下变形性能试验研究

为研究钢筋高强再生混凝土梁长期荷载下的变形性能,进行了6根足尺梁试件变形性能试验研究。梁截面尺寸为200mm×300mm,长3300mm,净跨3000mm;各梁配筋相同,纵筋配筋率1.13%,体积配箍率0.54%,纵筋净保护层厚度20mm;混凝土为再生粗骨料混凝土,细骨料为天然砂,再生粗骨料取代率分别为0%、33%、66%、100%,再生混凝土设计强度等级为C55~C60;针对两种不同持荷水平,进行了长期荷载试验。试验中得到了荷载、梁挠度、温度、湿度随时间的变化情况。分析了不同持荷水平、不同再生粗骨料取代率梁的挠度随时间变化的规律;拟合得到了挠度-时间关系曲线及其表达式。研究表明：低持荷水平下（加载弯矩与屈服弯矩比值为0.29）高强再生混凝土梁徐变挠度比天然骨料混凝土梁的略大,挠度增大系数比高持荷水平下（加载弯矩与屈服弯矩比值为0.46、0.47）的梁挠度增大系数略大;再生粗骨料混凝土梁长期荷载下挠度增大系数可按普通混凝土梁挠度增大系数的1.1倍采用;曲线拟合及分段线性拟合得到挠度计算值与实测值吻合较好。     

火灾下再生混凝土梁抗弯性能的试验研究与分析

通过试验研究了6根再生骨料替代率分别为0%,50%和100%的钢筋混凝土梁,得到了不同替代率下混凝土梁的高温抗弯性能,然后结合试验数据,对再生混凝土梁高温下的实测截面温度场、跨中挠度以及极限耐火时间进行了分析和探讨,对比了普通混凝土与再生混凝土的差异,最后借助温度场的理论计算结果探讨了高温下钢筋混凝土梁耐火极限的理论分析方法。     

混凝土梁有效翼缘宽度取值研究

指出了我国《混凝土结构设计规范》中混凝土梁有效翼缘宽度取值的问题。采用能量变分法,推导弹性状态下有效翼缘宽度的计算公式,考虑不同的支座条件下,跨度、梁肋净距、翼缘相对刚度对取值的影响,并验证了公式的准确性。提出了在不同状态下,受拉区和受压区的混凝土梁有效翼缘宽度取值的建议。     

部分外包混凝土简支组合梁受弯性能试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在正弯矩作用下的受力性能,考察钢梁腹部钢筋混凝土对组合梁承载力及刚度的影响,对4根简支梁试件进行了试验研究,其中包括1根普通钢-混凝土组合梁试件和3根钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式的部分外包组合梁试件。试验结果表明：钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式对部分外包组合梁的受弯承载力和刚度没有显著的影响;与普通钢－混凝土组合梁相比,由于钢梁腹部钢筋混凝土的贡献,部分外包组合梁的受弯承载力和抵抗变形的能力均有较大的提高;承载力极限状态时部分外包组合梁中钢梁与腹部混凝土之间的相对滑移值较小,其滑移效应对组合梁截面受弯承载力的影响可以忽略不计。在试验研究的基础上,推导了部分外包组合梁塑性受弯承载力的计算公式,计算结果表明,简化塑性理论可以较准确地预测该类组合梁的受弯承载力。     

锈蚀钢筋混凝土梁承载能力分析的变角桁架模型

为了研究侵蚀环境下锈蚀钢筋混凝土梁在长期荷载作用下的承载能力，以荷载作用下锈蚀钢筋混凝土梁为研究对象，分析了钢筋锈蚀对混凝土梁黏结强度的影响，基于拉-压杆模型和标准桁架模型分别对锈蚀梁进行了承载力计算，进一步采用考虑钢筋锈蚀影响的修正变角桁架模型计算锈蚀钢筋混凝土梁的承载力，并通过49组锈蚀混凝土梁的试验数据对建议模型进行验证。结果表明：锈蚀钢筋混凝土梁承载力的试验值与变角桁架模型理论计算值之比的平均值为0.990，方差为0.071，二者吻合较好。采用变角桁架模型可精确计算锈蚀钢筋混凝土梁的承载力并预测其破坏模式，建议模型可用于锈蚀钢筋混凝土梁承载能力分析研究。     

环氧薄层铺装材料断裂性能试验研究

主要通过与环氧沥青混凝土、SMA沥青混凝土对比分析,研究不同温度(-10～60℃)下环氧铺装材料的断裂力学性能。采用小梁三点弯曲试验分析温度对上述三种材料弯曲强度、最大弯曲应变、弯曲劲度模量和断裂应变能密度的影响。试验结果表明环氧铺装材料的温度依赖性与SMA沥青混凝土和环氧沥青混凝土相似,其弯曲强度和劲度模量介于环氧沥青混凝土与SMA沥青混凝土之间,但其低温弯曲性能和抗裂纹扩展性能优于上述两种材料。