埋入式FBG传感器应变传递的有限元计算与理论分析比较

目的 研究埋入式光纤光栅(FBG)传感器应变传递规律,验证理论公式的正确性,为实际工程应用提供参考.方法 采用有限元方法 对埋入基体材料内部的光纤光栅FBG应变传感器的各层应变进行计算.结果 光纤应变与外界基体应变的比例系数小于1,封装钢管长度范围内的光纤的应变不为常数,纤芯与涂覆层的应变规律基本相同.结论 几种基本假设中,假定光纤与中间层一起变形,二者应变变化率相近最为合理,在此基础上推导出的理论公式可应用于工程实际.     

粘贴式光纤光栅应变传感器的应变传递分析

通过分析光纤光栅传感器的原理,定义了应变传递系数,建立了粘贴式光纤光栅应变传感器5层有限元结构模型,通过计算机的仿真计算得到不同粘接剂、材料的弹性模量以及它们的厚度对应变传递系数的影响.     

管式封装FBG应变传感器应变传递率影响因素分析

目的研究自行开发的管式FBG应变传感器自身的应变传递率影响因素及相应的应变传递误差规律,为FBG应变传感器的设计与开发提供参考.方法采用有限元方法对封装的光纤光栅传感器进行应变传递分析.结果参考光纤、保护层、黏结层和封装材料之间的内部应变传递率和封装后的应变传感器外部保护层与基体材料之间的外部应变传递率是影响光纤光栅(FBG)应变传感器的应变灵敏度系数的两个决定因素.当封装钢管的直径和壁厚一致(胶层厚度一致)的情况下,胶黏剂的弹性模量越大,光纤的平均应变越小,变化非常明显,胶黏剂弹性模量分别为1.0×102MPa和2.0×103MPa时,钢管应变最大相差263μm.结论封装长度越长、胶粘剂的弹性模量越大,应变传递率越大.     

埋入式光纤光栅界面应变传递机理与误差修正

光纤光栅应变传感的准确程度主要取决于光纤、保护层和黏贴层以及基体材料的物理力学性能,即各层间应变传感的界面传递特性.本文以埋入式光纤光栅作为研究对象,推导出了考虑多层界面应变传递的光纤光栅应变传感的统一表达式.通过定义平均应变得到了光纤光栅应变传感的误差与修正公式.针对自行开发的埋入式光纤光栅管式封装应变传感器和FRP-OFBG应变传感器,研究了相应的应变传递误差规律和影响因素,给出了相应的误差修正系数,并通过试验加以验证.为埋入式光纤光栅封装应变传感器的开发与工程应用提供了理论基础.     

光纤传感器与结构基体的应变传递关系

为了明确光纤传感器测量的应变值与结构基体实际应变值之间的关系，建立了结构基体 光纤保护层 传感光纤的力学模型，分析了影响光纤传感器测量精度的因素，从理论上推导了结构基体与光纤传感器在拉力和三点加压作用下的应变传递关系并得出解析解.计算结果表明，传感光纤保护层的厚度越薄、保护层的长度越短、材料的弹性模量越小，光纤应变传感器的测量精度受到的影响越大.     

混凝土内部应变分布式光纤实时检测方法及试验研究

布里渊散射光时域分析技术（BOTDA）是1种新型光电监测技术,可对沿光纤轴向的应变、温度进行分布式监测,并具有长距离、分布式、高精度和耐久性等特点,适用于结构的健康监测。系统介绍了基于BOTDA的混凝土内部分布式应变的检测方法,并通过试验研究标定了由气吹再灌浆技术铺设的埋入式传感光纤的工作性能,解决了工程应用中无法将长距离分布式传感光纤埋入混凝土内部的技术难题。试验结果表明,以气吹再灌浆技术铺设的埋入式光纤传感器能有效检测混凝土内部分布式应变,可应用于结构物的全面、长期、稳定、实时的健康监测。     

碳涂覆光纤用于分布式裂缝检测的实验研究

采用混凝土模型实验研究一种新型光纤-碳涂覆光纤的传感特性,测定了分布式光纤传感用于混凝土结构裂缝监测中的力-光本构关系和性能参数.表明碳涂覆光纤具有高分辨率(0.02 mm),动态范围(1～4.5 mm)明显优于普通单模光纤,从而弥补普通光纤应用于光纤裂缝传感时的某些缺陷,对在条件恶劣的情况下采用碳涂覆光纤进行工程健康监测提供了依据.     

基于细观建模的堆石混凝土抗压试验的数值模拟

从细观结构的角度出发,将堆石混凝土视为堆石体与自密实混凝土组合形成的复合材料,利用MATLAB与ANSYS/LS-DYNA软件建立了三维有限元模型,然后在此基础上进行了堆石混凝土模型抗压试验的数值模拟.探讨分析了应变率和堆石与混凝土粘结强度对堆石混凝土的抗压强度的影响.结果表明:堆石混凝土的抗压强度随着应变率的增大而增大,且随着粘结强度的增大而增大,但是堆石混凝土对应变率的敏感性较高,对粘结强度的敏感性较低.     

再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验

完成了不同再生粗骨料取代率下再生混凝土的单轴受压应力-应变全曲线试验,分析了再生粗骨料取代率对再生混凝土的应力-应变全曲线形状、弹性模量、峰值及极限应变的影响.研究表明：再生混凝土的应力-应变全曲线的总体形状与普通混凝土的相似,但曲线上各特征点对应的应力和应变值不同;再生混凝土的弹性模量明显低于普通混凝土的;再生混凝土的峰值应变与峰值应力大于普通混凝土的.     

多边形骨料混凝土弹性模量预测的数值方法

混凝土在建筑、水利、海洋和道路工程中应用广泛,其弹性模量是结构变形计算的关键参数.将混凝土细观结构模拟与快速傅里叶变换相结合,提出了混凝土弹性模量预测的数值方法.考虑周期性边界条件给出了多边形骨料和界面在水泥石基体中的随机分布模拟方法.利用快速傅里叶变换方法给出了三相混凝土在外荷载作用下的平均应力、平均应变和弹性模量.将数值方法与文献中的试验数据进行比较,结果表明:当骨料面积百分数分别为40%,60%时,它们之间的相对误差小于5%,初步验证了该数值方法的有效性.基于数值结果,量化了界面弹性模量和厚度对混凝土弹性模量的影响,发现提高界面弹性模量或减小界面厚度都可以有效提高混凝土弹性模量.     

添加不同纤维的高性能混凝土力学性能试验

通过试验研究了弹性模量具有明显差异的3种纤维对于混凝土的力学性能改善所起的作用,以及钢纤维、碳纤维和聚丙烯纤维单掺或复掺对于混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量的影响。结果表明：添加0．5％高弹性模量的钢纤维对于混凝土的强度和弹性模量均有提高作用,复掺0．3％钢纤维和0．2％碳纤维的混凝土抗拉强度的提高大于抗压强度;添加0．5％钢纤维的混凝土HPC-2的弹性模量最大,比基准混凝土提高6．5％;添加0．2％聚丙烯纤维的混凝土HPC-3的弹性模量最小,且小于基准混凝土;此外,混凝土抗压强度的影响程度与纤维的弹性模量的关系更为直接,混凝土劈裂抗拉强度的改善与纤维的抗拉强度的关系更为直接,纤维的弹性模量与基体弹性模量的比值,对复合材料的弹性模量有直接的影响。     

不同壁厚钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究不同壁厚钢管混凝土短柱轴压力学性能,制作了10组不同壁厚的钢管混凝土短柱试件进行轴压性能对比试验.试验结果表明,钢管混凝土轴压短柱壁厚效应的本质是核心混凝土的围压效应.在弹性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱弹性极限承载力增加,试件弹性极限承载力与钢管壁厚呈线性关系.在塑性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱塑性变形模型增加,钢管混凝土短柱塑性变形模量与钢管壁厚呈线性关系,试件呈现理想塑性状态时的钢管壁厚约为5 mm.通过对几种典型轴压承载力计算公式进行试验验证,得出欧洲和日本标准能够较好预测不同壁厚钢管混凝土短柱试件的弹性极限承载力.     

有机纤维对“客运专线”用C40高性能混凝土性能的影响

目的为增强混凝土早期抗塑性开裂性能及耐久性,研究了有机纤维种类、长度及掺量对混凝土工作性能、力学性能及抗碳化性能的影响．方法采用坍落度试验、抗压与抗折强度试验、混凝土碳化试验及平板约束法测试进行研究．结果聚丙烯腈（PAN）纤维对混凝土工作性能影响最大,坍落度降幅达86％;掺入19mm聚丙烯（PP）单丝纤维,坍落度下降25％;加入0．15％PP纤维,坍落度降幅达28．7％,含气量增加25．9％;掺入聚乙烯醇（PVA）纤维后,混凝土7d、28d抗压强度降幅最大,分别达30．4％、23．5％;12mmPP单丝纤维体积掺量为0．15％时混凝土的抗裂效果明显好于0．05％掺量,而碳化深度较基准低30％．结论混凝土中掺入有机纤维后,早期抗塑性开裂性能明显增强;混凝土的抗裂效果随纤维长度和掺量增加,效果越来越明显;有机纤维的加入明显提高混凝土的抗碳化力,力学性能有所降低,但降幅不大．     

Effect of Relative Stress on Post-Peak Uniaxial Compression Fracture Energy of Concrete

1　IntroductionItisrealizedthatthelinearelasticfracturemechan icsisnownotapplicabletofractureinordinaryconcretestructures .Todescribethesofteningbehaviorofconcrete ,differentmodelsbasedonnon linearfracturemechanicalideaswereproposed ,suchasthefictitiouscrackmodel[1](FCM )byHillerborgetal.(1976 ) ,thecrackbandmodel[2 ] byBazant (1983) ,andthetwo parameterfrac turemodel[3 ] byJenqandShah (1985 ) .ThedifficultywithFCMliesindeterminingtheval uesofthethreeparametersbyexperiments .Toobtaintheval…     

混杂纤维对混凝土早期开裂性能的影响

为减少混凝土早期塑性收缩裂缝及提高混凝土韧性,采用了在混凝土中混合掺加两种纤维的方法,即高模量的耐碱玻璃纤维和低模量的聚丙烯纤维.通过试验确定了纤维的最佳掺加工艺及掺量,研究了纤维二元混杂时对混凝土强度的混杂系数,以确定混杂效果的好坏;通过平板试验比较了混杂纤维混凝土和单掺纤维混凝土及普通混凝土的早期抗开裂效果.     

纤维类型对塑性混凝土基本性能的影响

通过研究聚丙烯纤维、聚酯纤维、木质素纤维和玄武岩纤维对塑性混凝土工作、力学变形、抗渗等性能影响,发现塑性混凝土掺入纤维后:拌合物的坍落度、扩展度、泌水率均有不同程度降低,纤维的长度、吸水性及在混凝土中形成的网状结构对塑性混凝土工作性能影响显著;抗压、劈拉和抗折强度均有不同程度降低,纤维的填充作用超越了纤维与混凝土的黏结作用和纤维的吸水作用;变形性能明显改善,以聚丙烯纤维改善最为明显;相对渗透系数均有所降低,按降低作用由小到大依次为:木质素纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维,纤维能在一定程度上阻止塑性混凝土内的原始裂缝,降低裂缝贯通的可能性.     

超高性能混凝土-螺旋钢纤维拉拔力的解析解及实验验证

为了研究螺旋钢纤维增强超高性能混凝土（UHPC）的破坏力学机理,开展不同埋长的纤维单根拉拔实验,得到拉拔力-位移全过程曲线,采用微观X光断层扫描（XCT）对拉拔前、后的基体变形进行观测.实验结果显示,矩形截面螺旋钢纤维拉拔过程分为近似线性脱黏段、塑性解螺旋段和骤降段,可以简化为三折线;XCT图像显示拉拔前、后UHPC基体通道未见明显破坏,揭示了螺旋钢纤维单根拉拔过程的“解螺旋”塑性变形机理;只要纤维埋长大于有效解螺旋长度,则解螺旋段的拉拔力与埋长无关.基于以上实验现象和塑性力学理论,推导了矩形截面钢纤维解螺旋拉拔力的简化解析解公式,与实验结果吻合良好.