大应变纤维增强复材-混凝土-高强钢组合实心圆柱轴压试验研究

纤维增强复合材料(FRP)被越来越广泛应用于土木工程的新建结构中,FRP与传统建筑结构材料(混凝土或钢材等)组合形成的组合柱是最常见的形式之一。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) FRP是一种基于回收旧塑料的环保型大应变FRP。通过试验研究了PETFRP-混凝土-高强钢组合实心圆柱在单调与往复轴压荷载作用下的力学性能,试验参数为PETFRP层数和加载方式。试验研究结果表明:PETFRP-混凝土-高强钢组合实心圆柱具有显著的承载力和变形能力,PETFRP管、混凝土与内钢管存在良好的相互作用,试件中内钢管的屈曲破坏被有效限制,使其屈服后强度被充分利用。单调轴压下组合柱荷载-应变曲线为具有单调上升趋势的双线性曲线,循环轴压下荷载应变曲线能够较好地与单调轴压下试件的包络线重合。指定卸载应变处多次循环加载时,塑性应变表现出累积效应,循环增加导致在指定卸载应变处恢复应力下降和极限轴向应变降低。     

高延性FRP加固RC矩形柱抗震性能

为了研究地震作用下高延性纤维增强复合材料(large-rupture-strain fiber reinforced polymer,LRS FRP)加固非延性钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)方柱的抗震性能,对7个FRP加固RC方柱进行了拟静力试验.试验试件包括1根对比柱,1根碳纤维(carb...     

预应力连接预制节段桥墩拟静力试验数值仿真分析

预应力连接预制节段桥墩已在美国低震区桥梁中得到较多应用,但在我国的工程应用甚少。由于预制节段桥墩的震害资料缺乏,震害经验不足,且其抗震机理不明确、设计方法不完善,在强震区较少应用。该文基于预应力连接预制节段墩柱缩尺模型的拟静力往复试验测试,采用有限元分析软件ABAQUS建立其精细化数值模型,进行了单向、斜向往复荷载作用下墩柱拟静力试验数值仿真,将桥墩的损伤特征、滞回行为、墩内竖向预应力和预制节段间接缝开口量与试验测试结果进行了对比分析。结果表明：该文建立的预制节段桥墩数值模型可较好地再现拟静力试验结果,试验和模拟结果均表明斜向加载的预制节段墩柱较单向加载的构件损伤更为严重,构件屈服更早,残余位移较大,墩柱最大偏移率达4%时其残余偏移率已超过1%。常规设计中桥墩按纵桥向或横桥向单向抗震设计偏于不保守,特别是考虑震后功能可恢复或可修复时建议考虑多向地震作用影响。     

HFRP管约束超高性能混凝土的本构模型

为了研究混杂纤维增强聚合物(hybrid fiber reinforced polymer,HFRP)约束超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)圆柱体的轴压特性,通过36个圆柱体轴压试验,测定了应力-应变全曲线.试验结果表明:已有的几个有代表性的强度和极限应变预测模型并不适用于HFRP管约束UHPC,因此,考虑了纤维混杂种类对约束效率的影响,提出了新的强度与极限应变的公式,其预测精度较高;已有几个代表性的应力-应变本构模型预测曲线比实测曲线偏低,提出了双线性的本构模型,理论曲线和试验曲线吻合良好,模型表达式简单,便于设计人员使用.     

大应变FRP加固连续梁桥地震易损性分析

为评估地震作用下大应变纤维增强聚合物(large rupture strain fiber reinforced polymer, LRS FRP)加固桥梁的抗震性能,以一典型三跨连续梁桥为例进行了研究。目前关于LRS FRP约束混凝土往复轴压模型的研究较少,限制了LRS FRP加固桥梁的抗震分析。因此介绍了作者课题组提出的简化LRS FRP约束混凝土往复轴压模型,根据此模型并结合地震易损性分析理论,基于OpenSees平台,采用增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法,对三跨连续梁桥在LRS FRP加固前后的地震易损性进行了分析。结果表明：轻微损伤和中等损伤状态下桥梁墩柱基本处于未受损坏的线弹性阶段,LRS FRP加固对其地震易损性影响不大;严重破坏和完全倒塌状态下,未加固桥梁的损坏超越概率明显大于LRS FRP加固的桥梁。提出的简化LRS FRP约束混凝土往复轴压模型可为LRS FRP加固桥梁的抗震分析提供参考。     

非线性波数域的高分辨扫频干涉层析成像

提出一种用于波数扫频干涉技术的超分辨层析重构方法,该方法适用于波数非线性采样情形。通过在非线性波数域中构造干涉频谱稀疏优化模型,在此基础上采用干涉频谱矩阵优化方法分离混叠层析干涉信号的相位场,解决因光源扫频带宽有限而导致的层析分辨能力不足问题。数值仿真计算出本文方法的层析分辨率为3.8μm,在光源同等带宽前提下,比传统变换域方法提升了87%。双层结构材料轮廓重构实验验证了本文方法的有效性。     

快速和高精度透视测量玻璃纤维/树脂复合材料构件内部的离面位移

提出一种光学干涉谱域相位对照B扫描,透视测量透明或半透明玻璃纤维/树脂复合材料内部离面位移的方法。针对玻璃纤维增强树脂基复合材料,设计了一种由树脂层模仿树脂基体、气隙层模仿裂缝气隙、玻璃层模仿玻璃纤维构成的树脂-玻璃复合构件,然后以此复合构件作为标定和量化系统的标准件进行实验研究。通过对平滑或散斑表面树脂-玻璃复合构件分别进行加载前后干涉光谱的两次拍摄,完成构件内部切面的离面位移测量,测量速度快。该系统的视场范围为3.5 mm、轮廓测量分辨率为±26.6 μm、离面位移测量精度为±0.1 μm、测量深度为2.66 mm。该方法在玻璃纤维增强树脂基复合材料力学性能测量和无损检测领域应用前景良好。     

基于修正混凝土塑性损伤模型的大应变FRP约束混凝土有限元分析

精确的有限元分析(FEA)依赖于材料的准确定义。通过编写用户子程序UMAT实现了大断裂应变纤维增强聚合物(LRS FRP)在纤维方向上拉伸特性的定义。基于Abaqus中混凝土塑性损伤模型的理论框架,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型用于定义LRS FRP约束混凝土的材料特性。这些改进包括：通过LRS FRP约束混凝土的实验数据校准了与屈服准则相关的参数K;硬化/软化准则与约束刚度相关;流动法则与轴向塑性应变相关。采用修改后的材料模型进行FEA,结果表明：FEA预测的应力-应变曲线与实验结果吻合。基于FEA的结果,讨论了矩形柱截面上应力分布的不均匀性,根据约束效果可分为有效约束区域和弱约束区域,且在约束有效区域上应力分布不均匀性随着截面比(长边/短边)的增加而增加。     

树脂基复合材料内部离面位移场和应变场分布的动态测量

为了快速动态测量树脂基复合材料内部的受力变形情况,利用光学干涉谱域相位对照B扫描方法,对存在孔洞缺陷的树脂基复合材料样件内部的离面位移场和应变场进行了测量。分别对机械载荷和热载荷作用下的复合材料样件进行了弯曲变形和热变形实验,然后对实验中得到的相位差数据进行解卷绕,计算得出了材料内部的离面位移场分布和应变场分布。实验显示:得到的结果能够清晰反映复合材料内部缺陷周围受力变形的动态过程,观测到的材料应力集中区域的位移和应变明显大于完好部分,透视得到了测量材料表层以下1mm连续深度的变形情况。该方法能够实现亚微米级的位移场测量精度,并可对材料的变形过程进行动态测量,是一种进行材料力学特性分析的有效手段。     

一种高分辨率3维图像的自适应降噪算法

为了获得高保真3维图像,采用了一种针对高分辨率3维图像的自适应均值降噪算法。首先使用一种由激光器、高分辨率3维相机、直线电机和计算机等设备组成的线激光高精度3维测量实验系统对自然纹理皮革进行测量。然后针对系统测量所得的高分辨率3维自然纹理图像(每英寸点数大于1000),进行了理论分析和实验验证,取得了降噪后的高保真3维图像数据,并与传统的均值滤波、小波变换滤波的降噪效果进行对比。结果表明,该算法能自动选取最优的降噪窗口,有效地去除3维图像的噪声信息,并保留高分辨率图像丰富的边缘、细节信息,最终得到高保真的高分辨率3维自然纹理图像。该实验结果对于高分辨率图像的降噪问题是十分有帮助的。