基于数值模拟的光纤光栅传感器与沥青混合料协同变形分析

研究沥青混合料与光纤光栅传感器之间的协调变形性是解决光纤光栅传感器在路面中应用的前提和基础。首先,采用大型有限元软件ABAQUS建立光纤光栅传感器与沥青混合料协调变形评价的有限元模型,模型为四点弯曲加载的沥青混凝土梁试件;而后,分析有无传感器对模拟结果的影响以及不同模量的封装材料和沥青混合料组合下传感器所在区域的应变分布规律。结果表明,在相同的加载条件下,高模量传感器的存在对梁体竖向位移分布的影响较小,但其改变了梁体应力及应变场的分布,使水平拉应力集中在传感器附近,降低了梁的中性面、梁底拉应变和梁体应变场的整体变化幅度,而且梁体竖向中心面上应变随位置仍呈良好的线性关系;进一步模拟分析可得变化传感器的模量对应变在传感器上下表面的突变值影响不大,但随着传感器模量的增大,梁的中性面、梁底拉应变和梁体应变场的整体变化幅度均逐渐降低,且降低的速率随着传感器模量的增大而逐渐减小。     

光纤光栅传感器与沥青混合料协同变形评价方法

研究光纤光栅传感器与沥青混合料之间的协调变形性能是解决光纤光栅传感器在路面中应用的前提和基础。针对已开发的两种不同模量传感器（根据应用特性分为3类）,设计了传感器与沥青混合料协同变形评价的试验方法,采用静态和动态两种加载模式进行沥青混合料试件的应变测试。结果表明,采用应变修正后的光纤光栅应变传感器进行路面结构内部应变实测是可行的;模量匹配光纤光栅应变传感器与其它类型传感器相比具有较好的测试效果,同时该类型传感器在一定程度上能够反映出沥青混合料的累积变形。     

沥青混合料疲劳耐久极限研究

为了评价沥青混合料是否存在疲劳耐久极限,通过控制应变的小梁疲劳试验,研究了沥青混合料疲劳性能随应变水平的变化情况。结果表明:当应变水平较高时,沥青混合料劲度模量随荷载作用次数的增大而急剧减小;随着应变水平的减小,劲度模量的减小趋势逐渐变缓;当应变水平低于200με时,疲劳寿命以非线性增加;当应变水平进一步降为100με和70με时,疲劳寿命曲线呈典型的渐近线特征,这表明沥青混合料确实存在某一疲劳耐久极限,当作用的应变水平低于该极限应变时,沥青混合料倾向具有无穷的寿命。     

高模量沥青混凝土蠕变特性研究

通过单轴压缩蠕变试验和低温弯曲蠕变试验测试了不同试验条件下高模量沥青混凝土的蠕变劲度模量,分析不同的组成材料对高模量沥青混凝土蠕变性能的影响规律.结果显示低标号沥青和外掺剂能够显著提高沥青混合料的劲度模量,降低沥青混合料在高温蠕变过程中的瞬间变形和黏弹性变形发展的速度,但低温环境下高模量沥青混凝土对持续弯拉应力的松弛能力有所降低.     

纤维沥青混合料最佳纤维掺量的确定

为确定纤维沥青混合料中纤维的最佳掺量,通过对不添加纤维和各添加0.3%时的4种纤维沥青混合料进行高温车辙试验、水稳定性试验、低温弯曲试验和疲劳试验,对同一纤维不同含量的纤维沥青混合料进行低温弯曲试验,并对纤维沥青混合料破坏时的应变能进行分析,同时分析抗弯拉强度、弯拉应变和弯曲劲度模量是否在正常使用范围。结果表明:沥青混合料在添加纤维后高温性能和低温性能明显提高,并且各纤维都存在最佳掺量;应变能可以较为明显地反映纤维变化对混合料整体性能的影响,确定的纤维最佳掺量更精确,并且在应变能确定的最佳纤维掺量下,混合料的其他技术指标均处于较为理想的状态。     

沥青混合料黏弹性响应影响因素分析

选择3种级配的沥青混合料进行不同温度和应力水平的蠕变试验,根据应力应变关系得到的蠕变柔量曲线获取Burgers黏弹性模型参数,分析温度、应力水平、矿料级配以及老化作用对沥青混合料黏弹性的影响.结果表明,随着温度的升高,3种沥青混合料的E1、η1、E2、η24个参数总体不断降低,即沥青混合料软化、模量减小,但不同温度下3种混合料的黏弹性参数排序并不相同;应力水平对沥青混合料的黏弹性能有显著影响,处于中间荷载水平0.5 MPa时4个黏弹性参数的区分度最大,但不同级配的沥青混合料对应力水平的响应存在差异,公称最大粒径相近的混合料的某些黏弹性参数变化趋势较一致;老化是沥青混合料黏弹性变化的重要原因,但短期老化和长期老化的影响并不相同.     

级配碎石层协调沥青混合料层温度收缩变形行为

为揭示级配碎石基层与沥青混合料面层的温度收缩协调变形规律,本文采用动静态应变采集系统实时获取沥青混合料层的温缩应变,基于PFC6.0 Suite和FLAC3D构建了组合结构连续-离散耦合模型,探究了级配碎石层与沥青混合料层温缩协调变形宏观和细观响应规律。研究结果表明:连续-离散耦合模型与室内试验的吻合度相比连续介质模型高,温缩系数相对误差最大为8.1%;沥青混合料及其组合试件温缩应变-时间关系曲线均呈先快后慢的非线性变化规律,沥青混合料类型及降温温差对级配碎石的约束作用基本无影响;组合试件温缩变形主要发生在前1 h内,沥青混合料层整体由“翘起”状逐渐过渡到“平缓”状;级配碎石层通过颗粒向内挤压运动,使两端松散膨胀及颗粒接触重组来实现与沥青混合料层的协调变形。本文从宏观应变响应与空隙率、配位数及三维组构细观响应揭示温缩协调变形机制,研究结果可为级配碎石基层沥青路面低温抗裂研究提供理论参考。     

高比例RAP热再生沥青混合料低温抗裂性能

目的 研究较高比例回收沥青混合料(Reclaimed Asphalt Mixture)掺量下再生沥青混合料的低温抗裂性能,为工厂热再生中提升RAP利用率提供理论依据和控制方法.方法 通过低温(-5℃,-10℃)弯曲试验对热再生沥青混合料的低温抗裂性能进行研究,分析了不同再生手段、不同RAP再生方法、新旧料不同拌和时间及不同添加剂的使用对再生沥青混合料的抗弯拉强度和梁底最大弯拉应变的影响.结果 采用新沥青再生的试件弯拉应变不满足规范要求.240 s拌和时间的再生试件具有更高的抗弯拉强度和弯拉应变;加入纤维对提高再生混合料的低温抗裂性能有显著效果,而H改性剂对提升再生混合料低温抗裂性能影响不大.结论 在高比例RAP再生过程中,应采用再生剂再生,并适当延长拌和时间;纤维可以在寒冷地区的面层再生中推广应用,H改性剂应尽量避免在上面层再生中使用.     

沥青混合料动态模量季节性变化规律研究

路面结构中沥青混合料的实际工作温度是一个很宽的范围,为了更客观地进行路面结构的分析和设计,需要确定混合料力学性质随时间的变化情况.通过试验确定了某一柔性基层沥青路面试验段各层沥青混合料的动态模量主曲线和时间温度转化因子,并利用实测的2002-2003年每1 h的气候数据分析了试验段温度场的分布及变化情况,进而确定了路面结构内不同深度处沥青混合料动态模量随时间的变化情况,可供路面结构分析和设计参考.分析结果表明,沥青混合料的动态模量呈现出明显的季节性变化,最大、最小日平均动态模量可相差14倍以上,随着深度的增加,动态模量的季节性变化幅度逐渐减少.     

沥青混合料在冻融循环作用下的弯拉特性

通过沥青混合料在冻融循环作用下的弯曲试验,分析了冻融循环次数、油石比、级配组成对混合料弯拉特性的影响。试验结果表明:随着冻融循环次数的增多,沥青混合料的弯拉强度、弯拉应变、劲度模量均呈减小趋势。油石比、级配组成对弯拉特性有明显影响,随着油石比的增大,冻融循环作用对沥青混合料弯拉特性的影响减小,AC-13混合料的弯拉特性优于其他两种级配。在青藏高原寒冷地区采用AC-13的沥青混合料、油石比为5.5%或适当增加油石比可以提高沥青混合料在冻融循环作用下的低温弯曲特性。     

FBG传感技术在大坝安全监测中的应用研究

在阐述光纤布喇格光栅(FBG)传感器工作原理的基础上，研究了光纤光栅传感器在混凝土结构中的埋设技术。通过对混凝土结构施加载荷，探讨了光纤光栅传感器对混凝土结构内部应力应变变化的监测技术，并与振弦式应变传感器的监测结果进行了对比分析。结果表明：FBG传感器具有更高的精度和灵敏度，可实现绝对数值测量，抗干扰能力强，结构简单，长期稳定性好，能实现实时、在线监测。该技术在大坝安全监测方面具有广泛的应用前景。     

光纤光栅传感技术在锚索监测中的应用研究

锚索应力、应变状态的长期监测,一直是国内外岩土工程界关注的焦点.传统的监测手段(如电阻应变片测量技术)暴露出灵敏度低、长期稳定性差、寿命短等缺点.针对这一现状,提出了将光纤光栅传感技术应用于锚索应力、应变监测的新方案.结合锚索预应力监测系统,介绍光纤光栅传感原理,并进行光纤光栅和电阻应变片的对比实验,根据实验结果,分析这一方案的可行性和优点.     

混凝土预制缺口梁试件拉张破裂数值模拟

目的针对混凝土抗压不抗拉的特性,探讨混凝土预制缺口梁断裂过程中裂纹尖端应力分布及裂纹扩展规律．方法采用拉张破裂有限元软件,对预制缺口在梁的顶部和在底部不同位置的模型进行数值模拟,描述拉张破裂后形成的不连续面．结果得出了不同方案中预制梁受拉破裂的破坏形式．缺口到梁跨度中心线的距离越小,梁试件底部拉应力区域越小;缺口到梁跨度中心线的距离越大,梁试件底部的拉应力区域越大．结论由不同方案破坏形式可以看出,缺口梁受拉应力作用发生破裂,形成不连续面;随着破裂面的形成与发展,混凝土梁的结构形式发生相应改变,导致应力状态随之调整．缺口的位置直接影响梁结构的破裂方式,缺口到梁跨度中心线的距离在一定的范围内,缺口控制着梁破坏的形式,破裂沿缺口发展;超出范围以后,缺口的存在不影响梁的破坏形式,破裂的形成、发展形式与无缺口梁的破坏形式相同．     

FBG传感器实时监测CFRP加固RC梁荷载效应研究

用埋入布拉格光栅（FBG）光纤传感器的CFRP加固RC梁可实现加固和实时健康监测双重功能。通过监测RC梁承载过程中FBG传感器波长来监测CFRP层应变，根据加固梁实时荷载效应计算理论得出受拉钢筋、压区混凝土的实时应变和实时测算荷载。通过4根RC梁的荷载效应实验发现，FBO光纤传感器与传统应变片有完全一致的线性关系；计算所得RC梁受拉钢筋、压区混凝土实时应变和实时荷载与实测值都吻合得较好。     

表面式FBG应变传感器在结构试验中的应用

在钢梁与混凝土墙连接节点抗震性能的试验研究中，于钢梁翼缘同一测点处同时布置了表面式FBG应变传感器和电阻应变片进行应变采集，测量结果显示，两者的测量效果基本一致，同时表面式FBG应变传感器还具有使用便捷，不易损坏的优点，因此在结构试验中采用表面式FBG应变传感器测量构件的表面应变是完全可行的。     

Digital monitoring for heavy duty mechanical equipment based on fiber Bragg grating sensor

The digital monitoring principle and technologies for heavy duty mechanical equipment based on fiber Bragg grating (FBG) technology are introduced in this paper. The fundamentals of new-style FBG sensing technology, including the photorefractive effect of FBG, the physical formation, and the relation between optical properties and grating parameters, are investigated. The plaster, encapsulation and distribution planning of FBG sensor (FBGS), which is used to monitor heavy duty mechanical equipment under abominable environment and extreme conditions, are also studied. In addition, theoretical and experimental researches on the strain, temperature, displacement, and stress transmission characteristics between FBGS and detection interface are presented. The principle and method for temperature compensation in non-uniformity temperature field are described in detail as well. Comparing with the traditional sensing monitoring techniques, the application of FBGS technology on digital monitoring and diagnosis for heavy duty mechanical equipment has a number of significant technical advantages and will make a new breakthrough in this field.     

光纤Bragg光栅压强传感器研究

设计了一种用于测量模压腔体内大荷载压强的光纤Bragg光栅(FBG)压强传感器。模压腔体内的压强通过压杆作用到等强度梁上,导致粘贴在等强度梁上的光纤Bragg光栅的中心波长发生改变,通过波长解调仪检测光栅中心波长的改变量,测量模压腔体内的压强。实验表明:该传感器在很宽的压强测量范围内具有很好线性,并且测量灵敏度高、精度好。     

路基刚度对冲击碾压混凝土路面动力破碎效果的影响

目的揭示路基刚度对冲击碾压混凝土路面动力破碎效果的影响规律．方法基于动力弹塑性有限元分析方法,建立了冲击碾压改建三维动力有限元分析模型,针对不同路基刚度对四楞冲击压路机冲击碾压混凝土路面动力破碎效果的影响进行了系统研究．结果随着路基刚度的增大,板的瞬时竖直变形最大值减小;纵向拉应力有减小的趋势,而相应的纵向压应力逐渐增大;横向拉应力变化也有相同的趋势;路基刚度较小时,路面板横向的拉应力大于纵向的拉应力,而随着路基刚度的增大,纵向拉应力增大幅度大于横向拉应力的增长幅度,最后纵向拉应力大于横向拉应力．随着路基刚度的增大,路面板底的纵横塑性应变最大值相应减小,纵向塑性区分布范围逐渐增大并向板中集中,而横向塑性区分布范围逐渐减小。且由原来的纵向分布变为横向分布．结论路基刚度对于冲击碾压改建破碎路面的效果和性状有较大影响,路基刚度越大路面越难以破碎,断裂方向由纵向逐渐转为横向,针对不同刚度路基建议根据破碎效果选择对应的施工路线．     

连续梁桥上CRTS双块式无砟轨道疲劳特性

为探讨梁轨非线性互制作用下连续梁桥上双块式无砟轨道系统静动力荷载下结构响应,预测桥上无砟轨道结构的疲劳寿命,基于梁轨相互作用原理与车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理,以昌景黄铁路某(40+64+40)m连续梁为研究对象,采用有限元方法建立了考虑桥梁、支座、底座板、道床板、扣件和钢轨等构件及结构层间非线性约束的连续梁-CRTS双块式无砟轨道的一体化空间分析模型,研究列车静活载作用下桥梁、道床板、底座板及钢轨的动力响应特性与无缝线路纵向力分布规律,分析连续梁桥上无砟轨道结构疲劳特性。结果表明：温度荷载作用下钢轨最大压应力位于连续梁两端,最大拉应力位于桥梁跨中;竖向荷载作用下钢轨最大拉应力位于连续梁桥墩,最大压应力位于桥梁跨中;制动荷载作用下钢轨拉、压应力极值均位于桥梁桥墩;钢轨纵向力由温度荷载控制,最大应力为143.1 MPa,满足规范要求;列车动载作用下,简支梁和连续梁上钢轨最大拉、压应力相当,道床板最大拉应力出现在连续梁跨中限位凹槽附近,其板底拉应力大于板顶,底座板最大拉应力出现在连续梁主墩附近,且板顶和板底的拉、压应力基本相同;列车动载作用下,钢轨最易破坏处寿命约27.1 a,道床板和底...