BOTDR检测钢筋混凝土梁分布式应变的试验研究

为了验证基于布里渊光时域反射计(简称BOTDR)的光纤传感技术应用于桥梁健康监测的可行性,本文在钢筋混凝土简支梁的钢筋和混凝土表面布置了分布式光纤传感系统,对各级荷载作用下构件混凝土和钢筋的应变分布进行了在线监测。试验结果表明,BOTDR光纤传感技术能够准确监测试验梁的应变,并可识别梁的结构性破坏,可以应用于桥梁的健康监测。     

钢筋混凝土水池裂缝宽度计算与控制研究

本文是关于钢筋混凝土水池裂缝宽度的试验研究。42块悬臂板的试验结果分析表明，板类构件的裂缝宽度与梁类构件比较仍有不同之处。以试验结果为基础，提出了水池结构中裂缝宽度的计算公式及控制裂缝宽度的短钢筋的构造要求。     

CFRP板加固高强混凝土梁试验研究

通过三点弯曲试验,并利用CCD相机及数字散斑分析技术研究了CFRP板裂缝扩展至破坏的全过程。结果表明:各因素对试件承载力的影响程度从大到小依次为CFRP板厚、加载速率、裂缝深度、混凝土强度;粘贴CFRP板的高强混凝土试件破坏是由混凝土剪切破坏引起的CFRP板粘贴胶层与混凝土之间的界面剥离破坏,其从裂缝开始扩展到完全破坏的时间明显长于未粘贴CFRP板的试件;黏结界面仍是外粘CFRP板加固高强混凝土构件的薄弱部位。     

Efficiency of polypropylene and metallic fibres on control of shrinkage and cracking of recycled aggregate mortars

The use of recycled aggregates in mortar and concrete induces a large shrinkage due to the capacity of these aggregates to absorb a great quantity of water. The influence of polypropylene and metallic fibres (Fibraflex) has been studied in different proportioning to reduce shrinkage and cracking. The efficiency of polypropylene and metallic fibres to reduce restrained shrinkage cracking is evaluated by using a ring mortar cast around a stiff steel ring. By using fibres, the crack width decreases significantly. Free shrinkage results are equally investigated. Finally, crack width in reinforced fibre mortars is calculated analytically by using the model of Grzybowski and Shah. Results are compared with experimental values. The study demonstrates that theoretical values of crack widths correspond reasonably to experimental values.     

Deflection and crack-width prediction of concrete beams reinforced with glass FRP rods

Concrete beams reinforced with fiber reinforced polymer (FRP) bars exhibit large deflections and crack widths as compared to concrete beams reinforced with steel due to the low modulus of elasticity of FRP. Current design methods for predicting deflections at service load and crack widths developed in concrete structures reinforced with steel bars may not be used for concrete structures reinforced with FRP bars. Thus, the ACI 440 Committee has provided design guidelines for concrete beams reinforced with FRP bars. Verification of the ACI 440 methods for predicting deflections and crack widths for glass fiber reinforced polymer reinforced concrete beams are presented in this paper. In addition, improvement to the crack width equation was suggested to account for 2 layers of reinforcement. This study shows that ACI 440.1R-01 can be effectively used to predict deflections in concrete beams reinforced with FRP bars and crack width in beams with one-layer FRP bars. However, when FRP bars are placed in two layers, ACI 440.1R-01 can be used after some parameters are modified. Six full concrete beams reinforced with different GFRP reinforcement ratios were load tested and the measured deflections and crack widths were analyzed and compared with those predicted by the proposed models. The experimental results compared well with those proposed by the model.     

构筑物水池裂缝宽度计算方法的探讨

在钢筋混凝土水池设计中,构件除了满足强度要求,更应满足正常使用极限状态的裂缝宽度控制要求。而在最大裂缝计算中,按照不同规范计算出来的最大裂缝值均不相同。本文从4个不同规范裂缝宽度计算角度出发,结合美国规范来探讨构筑物水池的正常使用极限状态裂缝控制,并提出相应的观点来指导工程设计。     

建筑规范和公路桥规验算变形和裂缝宽度的比较

针对钢筋混凝土构件变形和裂缝宽度的验算问题,将建筑规范和公路桥规进行了对比,并以实际路桥为例对不同规范计算结果进行了分析,分析表明:这两种规范计算方法形式上看来相差很大,但实际具有统一性。     

纤维混凝土在盾构隧道衬砌管片中的应用研究

由于传统盾构隧道混凝土管片存在的问题,新型管片的研究成为盾构隧道技术研究的一个重要方向.纤维混凝土管片的研究和应用在国内实例较少,尚处于起步阶段.文章通过材料试验,研究了纤维混凝土的抗压性能和高温下的抗爆裂性能,为纤维混凝土管片的应用提供试验依据;通过对纤维混凝土盾构隧道管片的承载力和裂缝宽度的结构分析,得出一些结构设计方面的建议.文章探讨了纤维混凝土管片的应用可能及相关问题,对推动我国新型隧道管片研究和应用具有实际的意义.     

碳纤维加固的混凝土受弯构件裂缝计算

本文结合实际工程的加固设计，依据美国的相应标准，计算了采用碳纤维加固的混凝土受弯构件的裂缝，可为有此要求的工程提供参考。     

纤维增强复合材料加固钢筋混凝土单向板受弯性能研究

通过纤维增强复合材料（FRP）布加固钢筋混凝土单向板的受弯性能试验,研究了FRP布种类、层数、宽度、粘贴方式和锚固措施等因素对加固效果的影响。结果表明：在板底粘贴CFRP布和高强GFRP布均可明显提高钢筋混凝土单向板的受弯承载力和纵筋屈服后刚度。当采用横向粘贴1层U形CFRP布条作为端部锚固措施时,所有加固单向板试件的破坏模式均为跨中弯曲裂缝引起的剥离破坏。当FRP布宽度和层数相同时,采用CFRP布加固效果优于高强GFRP布加固。与对比试件相比,FRP布加固钢筋混凝土单向板试件的位移延性略有降低。高强GFRP布加固钢筋混凝土单向板的位移延性优于CFRP布加固钢筋混凝土单向板。FRP布的粘贴方式对FRP加固钢筋混凝土单向板的位移延性也有影响,单层FRP布加固单向板试件的延性较好。通过对试验结果的分析,提出了FRP布加固钢筋混凝土单向板构件受弯破坏模式的判别方法,验证了已有文献和GB 50608-2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中给出的跨中弯曲裂缝引起的FRP剥离应变计算公式对FRP布加固混凝土单向板的适用性,建立了FRP布加固钢筋混凝土单向板受弯承载力计算方法。     

隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究

布里渊散射光时域反射监测技术是一项新型的光电监测技术,它利用布里渊散射光的光谱技术和光时域测量技术,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测,并具有分布式、长距离、精度高和耐久性长等特点。首先介绍了该监测技术的原理和特点,并以南京市鼓楼隧道健康诊断为例,介绍了该技术应用于该隧道变形监测以及监测的方案,讨论了隧道内环境因素如温差和振动等对监测结果的影响,验证了监测系统的灵敏性,最后对隧道的变形监测结果进行了分析,给出了鼓楼隧道的健康诊断。研究成果表明:该技术应用在隧道安全监测和健康诊断中是十分可行的,也是十分有效的。     

纤维混凝土隧道衬砌地震动力响应特性的振动台试验研究

 为研究纤维混凝土隧道衬砌在地震动力作用下的动响应特性,对普通混凝土隧道衬砌与纤维混凝土隧道衬砌开展大型振动台模型试验,分析隧道衬砌的震害特征、地震动应变、结构内力和应变基线响应规律。试验结果表明：水平地震荷载及地层压力共同作用下,2种隧道衬砌均为仰拱最先开裂,其次为拱腰开裂,衬砌结构破坏模式主要为开裂、掉块和裂缝两侧挤压破坏;素混凝土隧道衬砌出现开裂破坏早,裂缝易贯通,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移大;纤维混凝土隧道衬砌出现开裂破坏晚,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移小,裂缝呈挤压破坏状;纤维延缓衬砌结构裂缝的产生和阻碍裂缝的扩展;地震波加速度峰值从0.1 g增大到1.0 g时,素混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度显著增大,而纤维混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度先在一定范围内缓慢增长然后迅速增大,但最终2种衬砌动应变极值和裂缝宽度大致相等,说明纤维混凝土隧道衬砌在一定地震荷载范围内可以有效避免开裂和减小裂缝宽度;纤维混凝土隧道衬砌压缩变形率较小,当输入地震波加速度峰值为0.1 g和0.4 g时,纤维混凝土隧道衬砌结构动弯矩极值较低,受力更均衡,能有效地抵御地震荷载。     

基于试验数据分析的FRP筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度计算方法

由于FRP筋为非金属材料,耐腐蚀性能好,我国规范规定FRP配筋混凝土受弯构件的最大裂缝宽度限值放宽至0.5 mm。但规范中的最大裂缝宽度计算公式仍然沿用普通钢筋混凝土规范中的计算公式,公式中的参数取值未经过试验数据的校核,公式适用性存疑。为此,该文从最大裂缝宽度的计算原理出发,借助近年来文献中完成的FRP筋混凝土受弯构件的实测数据,对相对黏结特性系数νi的取值、裂缝间受拉FRP筋应变不均匀系数ψ的计算、最大裂缝宽度与平均裂缝宽度的比值系数τs、长期荷载下的裂缝宽度增大系数τl以及裂缝间混凝土受拉对裂缝宽度的影响系数αc等进行了全面的校核和修订。该文提出的修正的最大裂缝宽度计算公式具有更高的可信度和合理性,可为我国规范的修订提供参考。     

钢筋混凝土水池壁板弯曲裂缝的开展、自愈及渗漏试验研究

储液结构混凝土的开裂是液体渗漏的主要原因。水池设计规范、规程以控制裂缝宽度来保证结构的耐久性和功能,水池的地震破坏等级划分标准也主要以构件开裂和液体渗漏程度为依据。该文进行了足尺钢筋混凝土水池壁板承受弯拉荷载作用试验,验证了混凝土裂缝具有较好的自愈性能,建议水池基本完好、轻微破坏等级的裂缝宽度限值可增加0.1mm,该值可供实际应用参考;弯曲裂缝的受压区能有效地阻止液体渗漏,建议储液结构不同种类裂缝限值规定应区别对待,弯曲裂缝需规定裂缝宽度和受压区高度;水池地震破坏等级划分应综合考虑渗漏程度,裂缝长度、宽度、分布密度及震后维修加固可行性等指标。     

光纤传感智能混凝土的研究与现状

介绍了光纤传感器、光纤传感技术的特点及其在混凝土结构中应用的原理、方法 ,即探测混凝土裂缝及扩展 ,监测混凝土硬化期的收缩应变 ,对混凝土内部损伤 (微裂纹 )实时在线监测     

超大保护层钢筋混凝土梁短期裂缝宽度试验研究

为研究超大保护层水工钢筋混凝土梁的裂缝特征以及评估其对DL/T 5057—2009《水工混凝土结构设计规范》裂缝宽度计算公式的适用性,进行了10根截面宽度为200～300 mm、高度为400～1 000 mm、保护层厚度为25～150 mm配置HRB400钢筋混凝土简支梁的受弯性能试验,得到梁的开裂荷载、裂缝间距的大小与分布、裂缝宽度等,分析了混凝土保护层厚度对梁的裂缝间距和裂缝宽度的影响,结合短期裂缝试验结果,采用DL/T 5057—2009《水工混凝土结构设计规范》的裂缝计算公式进行了对比计算。结果表明：在正常使用状态下,当混凝土保护层厚度小于60 mm时,裂缝平均间距随保护层厚度的增大而增加;当混凝土保护层厚度超过60 mm时,保护层厚度对裂缝平均间距影响不大;平均裂缝间距、平均裂缝宽度和短期最大裂缝宽度试验值与按DL/T 5057—2009计算的结果相比总体上偏小。根据试验结果并参考相关规范,给出平均裂缝间距计算式,并根据黏结滑移理论得到了适用于超大保护层厚度的钢筋混凝土梁短期最大裂缝宽度计算式,经与裂缝试验资料对比计算,其短期最大裂缝宽度与试验结果吻合较好。     

Image analysis method for crack distribution and width estimation for reinforced concrete structures

Crack observation is important for evaluating the structural performance and safety of reinforced concrete (RC) structures. Most of the existing image-based crack detection methods are based on edge detection algorithms, which detect cracks that are wide enough to present dark areas in the obtained images. Cracks initiate as thin cracks, generally having width less than the width of a pixel in images; such cracks are generally undetectable by edge detection-based methods.An image analysis method is proposed to observe the development and distribution of thin cracks on RC surfaces; it also allows estimation of crack widths. Image matching based on optical flow and subpixel is employed to analyze slight concrete surface displacements. Camera calibration is included to eliminate perspective effects and lens distortion. Geometric transformation is adopted so that cameras do not need to be perpendicular to the observed surface or specified positions. Formulas are proposed to estimate the width of shear crack opening. The proposed method was then applied to a cyclic test of an RC structure. The crack widths and their development analyzed by the image analysis were verified with human inspection in the test. In addition, concrete surface cracks that appeared at a very early stage of the test could be observed by the proposed method before they could be detected by the naked eye. The results thus demonstrate that the proposed image analysis method offers an efficient way applicable not only for structural tests but also for crack-based structural-health-monitoring applications.     

扩张网混凝土单向板抗弯性能试验研究

通过配置扩张网混凝土单向板与普通钢筋混凝土单向板的对比试验,分析了构件受力的全过程,研究了构件的破坏形态与机理,对两者的开裂荷载、极限承载力、刚度等方面进行了对比。由于扩张网特殊的构造,网丝与混凝土之间粘结应力的传递具有其特点,因而呈现出不同的粘结机理,并据此初步分析了粘结应力的传递规律及对扩张网混凝土板裂缝间距及宽度的影响。得出了将扩张网作为受力主材以改进和加强普通钢筋混凝土板的工程与理论意义。     

钢纤维混凝土特性及其井壁结构试验研究

通过对不同钢纤维掺量的混凝土试块进行力学特性研究,其中采用劈裂法和套筒致裂法对钢纤维混凝土试件抗拉强度的分布特征进行分析,并对比普通混凝土力学特征数据,反映出混凝土在抗拉强度、韧性等方面得到很大提高。通过井壁模型试验的研究,钢纤维混凝土确实是千米深井井壁支护的理想材料。     

高强钢筋轻骨料混凝土梁短期裂缝试验研究

进行了10根配置400MPa和500MPa高强纵筋的陶粒轻骨料混凝土梁受弯性能试验,获得了10组裂缝间距和39组短期裂缝宽度数据,并收集了国内外27根高强钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝试验数据。采用以上数据,分析了钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝特征,并评估了JGJ 12—2006《轻骨料混凝土结构技术规程》中裂缝计算公式的适用性。结果表明,JGJ 12—2006的短期裂缝特征值计算方法仍适用于高强钢筋轻骨料混凝土梁,但按其公式计算的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度与试验值有一定偏差,二者之比的均值为0.992、1.276和1.037,因此建议对JGJ 12—2006中公式的部分参数进行修正。通过对试验数据的回归分析,得到了梁侧面受拉纵筋中心处裂缝宽度的修正计算式,以及梁侧面受拉钢筋中心处与受拉边缘裂缝宽度的换算关系式,建议公式计算得到的裂缝宽度和试验值吻合较好。