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.     

NiTi形状记忆合金电阻特性研究

建立了NiTi形状记忆合金的电阻特性模型,分析了不同温度条件下, NiTi形状记忆合金不同相的电阻相对变化与应变之间的关系.对NiTi形状记忆合金丝的电阻特性进行了试验研究,验证了该模型的有效性.当利用NiTi形状记忆合金制作传感元件时,应根据使用条件来确定NiTi形状记忆合金的相变温度.     

约束态SMA混凝土梁的裂缝监测及自修复

利用形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)丝超弹性和激励回复产生较大驱动力的特性,将不同预拉长度及根数的Ni-Ti SMA丝预埋入混凝土模型梁中,研究了混凝土梁加载过程中Ni-Ti SMA丝电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系以及Ni-Ti SMA通电激励过程中混凝土梁裂缝恢复的变化规律.试验中考虑了SMA滑移的影响,并通过理论计算对其进行验证,计算时考虑了锚具造成的附加电阻的影响.结果表明:SMA显著提高了混凝土梁的变形能力和抗裂能力;在通电激励后,混凝土梁在Ni-Ti SMA激励回复效应驱动下,挠度迅速恢复,裂缝闭合;增加Ni-TiSMA总截面面积可提高合金对混凝土梁的驱动效果;在裂缝宽度小于1.5 mm时,Ni-Ti SMA电阻变化率和混凝土梁的裂缝宽度呈明显的线性关系;钢筋塑性变形的存在,对混凝土模型梁的变形回复起阻碍作用.     

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。     

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。     

形状记忆合金应变感知特性试验研究

为开发新型的形状记忆合金(SMA)位移传感器,进行了SMA应变自感知性能试验,测试了NiTiSMA丝的电阻变化率—应变关系曲线,计算得到了NiTi丝在各加载频率下的灵敏度系数。验证了SMA丝作为位移传感器的可行性。     

石墨烯智能混凝土在正交和斜交于受力方向的压敏响应

利用石墨烯智能混凝土棱柱体试块,在其中埋置电极形成沿受力方向、正交于受力方向和斜交于受力方向的电极对,在施加弹性阶段的循环荷载情况下,测试其不同方向的电阻变化趋势,对照该方向的应变变化规律,总结石墨烯智能混凝土在不同方向上的压敏响应特征。结果表明,沿受力方向、正交方向和斜交方向的电阻变化规律相似,都随压力的增加而减小,随压力的释放而增加,电阻变化率都在8%左右,这说明它们主要受体积变化的控制,然而,正交于受压方向的压敏性能也受泊松比的影响,使其电阻变化幅度变小,为7.16%。用体积变化率和应变率共同构建的压敏特征模型方程能统一描述三个方向的电阻变化率。     

岩石应力的电学效应及其断裂演化规律

研究岩石离子导电基本规律和脉冲非极化电流测试方法,得出岩石电阻变化率与有效孔隙度变化率之间的理论关系;采用力学与电学参数结合的方法,研究压缩应力对含氯化钠溶液石灰岩、砂岩产生的电学效应,取得完整的应力–应变曲线和相应电阻–应变曲线试验数据。试验结果表明:岩石内部裂隙的变化将引起相应的岩石电阻改变;所有电阻–应变曲线上都存在一个岩石电阻最小值,并对应于岩石开裂应力;岩石断裂过程中,应力–应变曲线与电阻–应变曲线的变化规律具有明确的反对称性。岩石电阻变化能够明确表达压缩过程中复杂断裂的演化特性,提出并验证岩石断裂规律的状态方程。     

地库混凝土早期应力应变现场测试与分析

为了确定实际工程中不同环境温度下地库混凝土随着龄期的应力变化情况,对早期工程地库混凝土的应力、应变进行了现场测试。将应变计植入无应力瓦中测试混凝土与应力无关的应变,将应变计分别布置埋入X、Y、Z方向,测试混凝土的温度和应变,并计算出混凝土的应力。得出了在工程的早期,地库混凝土在不受荷载或者荷载很小的情况下,应力、应变随龄期及环境温度、混凝土内部温度的变化关系。     

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。     

高温状态下大理岩力学性能实验研究

采用电液伺服材料力学试验系统对常温～800℃高温作用下大理岩的力学性能进行了研究,考察了大理岩的全应力 应变曲线、峰值应力σp、峰值应变εp、弹性模量E等量的变化特征。结果表明：随受热温度升高大理岩的峰值应力和弹性模量不同程度上渐次降低,尤其是在不同温度段岩石强度降低具有突变性,而峰值应变不同程度渐次增长。800℃时大理岩的延性明显增强,应力达到峰值后,应变仍表现出缓慢增加特性,但最终大理岩破坏方式仍以脆断为主。研究结果一定程度上反映了大理岩在温度作用下内部结构变化的特征,可为相关岩体工程设计与研究提供参考。     

高温下大理岩力学性质的试验研究

 对徐州大理岩在常温至800 ℃下的力学性质进行试验研究,详细分析高温下及高温后大理岩的峰值应力、峰值应变、弹性模量以及应力–应变全过程曲线等随温度的变化情况,并通过扫描电镜对不同温度状态下大理岩的细观特征进行初步探讨。研究表明,随温度的上升大理岩的体积增大,而其质量及密度下降;低于400 ℃,大理岩的力学性质变化不大;高于400 ℃,大理岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,峰值应变随温度的升高而大幅增加;经800 ℃高温作用后大理岩的结构整体发生转变导致其力学性质发生突变;大理岩高温后的强度指标(峰值应力、弹性模量)低于其高温下的强度指标,同时,大理岩高温后的峰值应变低于其高温下的值。200 ℃以下大理岩断面微裂纹主要为张性裂纹,600 ℃以上大理岩出现缩聚裂纹和剪性裂纹且逐渐增多;高温后大理岩微裂纹的扩展、贯通比高温下更为明显。     

不同路径对Q235钢材高温性能的影响

为了研究温度和应力变化历史对钢材高温性能的影响,采用MTS809和MTS653试验系统对我国建筑结构中常用的Q235钢材进行了不同温度-应力路径下的材料高温性能试验。其中用MTS809系统控制试件荷载大小,用MTS653系统控制试件温度变化,两套试验系统同时使用,从而可以同步测得试件在各个时刻的应力、应变和温度值。试验得到Q235钢材在各种不同温度-应力路径下的性能以及应力(应力增量)与应变(应变增量)、温度(温度增量)与应变(应变增量)之间的相对变化规律曲线,结果表明同一种钢材在不同路径下表现出各不相同的材料性能,其应力、应变和温度三者之间呈现出不同的关系。从而提出了钢材的高温性能不仅与温度状态有关,还受温度-应力历史的影响,采用因路径而异的应力、应变、温度三者关系进行钢结构高温性能分析将更为精确。     

Effect of temperature on thermal properties of spray applied fire resistive materials

Thermal properties of fire insulation namely thermal conductivity, specific heat, thermal strain and mass loss play a critical role in determining the effectiveness of these materials to improve fire resistance of steel structural members. These properties vary with temperature and are predominantly governed by moisture content and chemical constituents. This paper presents the effect of temperature on thermal properties of different types of spray applied fire resistive materials (SFRM). High temperature property tests were carried out on three types of commercially available SFRM to measure thermal conductivity, specific heat, mass loss and thermal strain in the range of 20–1000 °C. Data from these tests show that temperature has significant influence on thermal conductivity, thermal expansion and mass loss of fire insulation. The measured test data are utilized to develop thermal property relationships for fire insulation in terms of temperature. The proposed relations can be used as input data in thermo-mechanical analysis for evaluating fire resistance of steel structures.     

Zn-22Al合金的力学性能及其阻尼器性能分析

在常温环境中,应变速率为1×10-4~1×10-1s-1的条件下对Zn-22Al合金进行拉伸实验,结果表明其具有较低的流变应力,良好的室温拉伸性能和超塑性能。用有限元软件ANSYS对Zn-22Al合金阻尼器进行了数值计算,显示这种合金阻尼器滞回曲线饱满,耗能效果良好。     

经历荷载历史后的混凝土动态抗压试验

为了研究荷载历史对混凝土动态抗压特性的影响,应用MTS试验机对经历了30%极限抗压强度荷载历史后的C30混凝土试件进行了应变速率为1×10-5/s～1×10-2/s的单轴动态抗压试验。试验结果表明:经历荷载历史后,混凝土的动态抗压特性发生了一定程度的变化;与直接加载相比,经历荷载历史后的混凝土平均极限抗压强度、弹性模量降低了,峰值应变没有明显变化;抗压强度、弹性模量随着应变速率的增大而增大,峰值应变正好相反。     

混凝土早龄期性能与裂缝控制

从混凝土微观结构出发,研究普通混凝土、高性能混凝土成型过程的时变温度场;对裂缝持续增长的早龄期混凝土物理、力学特性进行深入、系统的研究;综合考虑混凝土材料、结构特征,研究混凝土结构早期裂缝的成因机理、分析方法与控制措施;提出裂缝开展的预测和控制方法,建立裂缝扩展过程的损伤模型;在理论分析与试验研究的基础上,总结了混凝土早龄期的水化、温度、收缩、徐变、力学性能和断裂性能随时间的发展规律;综合分析各种因素对混凝土早期开裂的影响,推导了混凝土结构内部应力的增量计算方法。对室内试验与实际工程的研究表明：对混凝土早期开裂的分析应该是对混凝土温度、收缩、徐变、力学性能、结构特征等因素的综合动态分析,提出的混凝土早龄期开裂分析模型与试验结果吻合良好,采用理论模型结合数值模拟的方法可以有效提高分析过程的效率与准确性。图18参22     

Experimental evaluation of the mechanical properties of steel reinforcement at elevated temperature

This paper describes an experimental investigation into the influence of elevated temperatures on the mechanical properties of steel reinforcement. The study includes tests carried out at ambient temperature as well as under steady-state and transient elevated temperature conditions. A complementary test series, in which the residual post-cooling properties of reinforcing bars were examined, is also described. The experimental study focussed on assessing the performance of reinforcement of 6 and 8 mm diameter, although 10 mm bars were also considered in some cases. The specimens included both plain and deformed bars. After providing an outline of the experimental set-up and loading procedures, a detailed account of the test results is presented and discussed. Apart from the evaluation of stress–strain response and degradation of stiffness and strength properties, particular emphasis is given to assessing the influence of temperature on enhancing the ductility of reinforcement. The findings of this study have direct implications on procedures used for predicting the ultimate behaviour of structural floor elements and assemblages during, and following, exposure to elevated temperatures.     

结构钢材低温下主要力学性能指标的试验研究

钢材在低温条件下 ,其主要力学性能指标将随着温度而发生变化 ,系统地介绍了结构钢材主要力学性能指标随温度变化的规律 ,以及作者对常用结构钢材 (普通碳素钢、低合金钢和普通碳素钢的热调质钢 )主要力学指标的低温试验研究成果。