基于概率模型理论的混凝土结构损伤识别研究

以压电陶瓷(PZT)作为传感器进行混凝土结构损伤研究,提出一种基于概率统计理论的混凝土结构损伤预警算法。探讨了不同的监测信号参数变化对混凝土结构损伤的敏感性,确定了损伤临界值方法。通过对在地震作用下的两层智能钢筋混凝土框架结构的试验研究,验证了提出的损伤识别算法的有效性。结果表明:提出的算法能有效地对混凝土结构进行损伤预警及损伤程度识别,在实际的工程结构中有着很好的应用性。     

高铁站房承轨层传感器布置及损伤识别研究

承轨层是整个高铁站房结构中荷载最为复杂的部分——需要直接承受列车运行产生的荷载,是站房结构健康监测中需要重点关注的楼层之一.传感器配置的基本思想是用有限的传感器采集尽可能多线性无关的模态反应数据.本文拟采用有效独立法进行站房承轨层的动力传感器布置,采用蒙特卡洛法进行站承轨层的静力传感器布置,给出框架式承轨层的动力传感器和静力传感器布置规律.承轨层的损伤识别采用基于模型修正法的损伤识别,有限元模型修正是不断调整刚度参数进而更好地反映结构动静力特性的过程,实际上是优化问题.结构损伤识别作为一个反问题其解是非唯一的,本文三种方法均可有效缩小识别范围,结合现场巡视可达到工程意义上的损伤识别要求.     

基于压电阻抗技术的混凝土剪力墙裂缝损伤监测

简要阐述了基于压电阻抗法的结构损伤监测技术基本原理,指出了该项技术的优点.结合压电阻抗法及混凝土结构的特点,提出了针对混凝土裂缝损伤监测的传感器布置策略.最后,利用有限元软件对基于压电阻抗技术的混凝土裂缝损伤监测技术进行数值模拟研究.在研究中,建立了黏贴有压电陶瓷传感器列阵的混凝土剪力墙模型,模拟了墙体由健康状态逐渐向...     

管状压电陶瓷传感器工作机理及在非对称十字形配钢SRC矩形截面柱损伤监测中的应用

为解决传统片状压电陶瓷传感器安装困难和仅能监测试件一维损伤、易受应力波发射角度和接收角度影响的问题，突破球状压电陶瓷传感器不易封装和安装的局限，研发了管状压电陶瓷传感器，实现传感器快速安装和试件损伤二维监测。建立管状压电陶瓷传感器的力学模型，揭示其沿径向发射和接收应力波的工作机理，并应用于非对称十字形配钢型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)矩形截面柱的损伤监测。提出小波包能量谱均方根损伤指标，对柱两个平面方向的损伤进行诊断和评估。研究结果表明：管状压电陶瓷传感器安装方便，对捕捉低周往复荷载下混凝土损伤具有较高的灵敏度；基于管状压电陶瓷传感技术的结构内部损伤监测和评估方法能较精确地实现试件损伤量化分析；非对称十字形配钢型钢混凝土矩形截面柱的型钢内缩侧混凝土损伤大于另一侧，在相同含钢率下增大轴压比使柱承载力提高，延性降低，耗能能力减弱，混凝土损伤加剧。     

钢管混凝土构件钢管与混凝土界面剥离损伤识别的试验研究

将压电陶瓷片制成嵌入式压电功能元预埋入模拟了局部界面损伤的钢管混凝土柱试件内作为驱动器,在试件钢管外壁粘贴压电陶瓷片作为传感器,驱动器在信号源产生的电压信号作用下产生激励信号,测量钢管混凝土柱试件的监测面上不同位置上传感器的输出电信号.基于压电陶瓷传感器输出信号的小波包总能量和小波包能量谱对界面剥离损伤进行了识别,分别定义了两个界面剥离损伤指标EI和WVWPES,为监测钢管混凝土柱内部混凝土与钢管壁界面粘结质量提供了新的思路.     

利用压电智能骨料对混凝土结构损伤的识别研究

通过试验验证利用压电陶瓷(如PZT)智能骨科对混凝土结构在静力荷载作用下进行健康监测的有效性.通过在混凝土结构中预埋智能骨料作为作动器和传感器,发射和接收检测信号,应用基于小波包能鞋参数的损伤判定方法,对结构的健康和损伤信号能量进行对比和分析,确定损伤指数(RMSD).试验结果表明:利用PZT智能骨料能够有效地对混凝土结构在静力荷载作用下的损伤状况进行实时监测,并利用所提出的方法进行损伤的初步判定.     

基于压电智能骨料的钢管混凝土柱冲击应力监测与数值模拟

为研究钢管混凝土柱在冲击荷载作用下的应力监测方法,将压电智能骨料埋入钢管混凝土柱内部进行不同工况下的冲击应力监测试验。通过锤头加速度传感器和智能骨料的监测数据,分别转换并绘制了钢管混凝土柱的冲击力时程曲线和智能骨料的应力响应曲线,同时观测了试件的变形和破坏现象。利用ABAQUS软件对冲击试验进行有限元分析,将有限元分析结果与试验结果进行对比,二者吻合程度较好。结果表明,压电智能骨料能够有效监测钢管混凝土柱在冲击荷载作用下的内部应力变化,有限元建立的模型具有较好的适用性,本文研究成果可以为钢管混凝土结构动力灾变机理分析提供监测数据。     

基于压电阻抗的隧道管片结构螺栓松动损伤识别试验

基于压电阻抗(EMI)的损伤检测技术应用于大型结构健康监测目前仍十分少见。本文通过试验研究了EMI技术在大型隧道管片结构螺栓松动损伤检测中的有效性,探求了传感器的有效监测范围。首先粘贴不同位置的压电传感器实测压电导纳频谱曲线,分析不同位置压电传感器量测的结构谐振峰值特征。通过设置连接管片的螺栓松动损伤,以传感器的导纳频谱变化规律定性识别该损伤,并通过计算损伤指标RMSD量化损伤,采用其变化率衡量传感器敏感度。研究表明压电传感器能有效捕捉螺栓松动损伤的发展,EMI技术用于大型结构损伤检测是可行的;贴于螺栓上比贴于混凝土管片对损伤检测更为有效,随着损伤程度的增大,近距离传感器的损伤指标较远距离传感器变化更为明显,传感器敏感度与其同损伤的距离成反比例线性关系。     

压电智能骨料对动载作用下混凝土损伤的监测

针对地震作用下混凝土结构塑性铰区域动态应力的监测需求,提出利用压电智能骨料进行混凝土内部损伤过程动态应力监测的方法,采用试验手段对该方法进行验证:对1根在塑性铰区域布置压电智能骨料及应变片的混凝土柱施加水平方向动态往复荷载,得到混凝土应力及钢筋的应变时程并进行对比分析。结果表明:压电智能骨料可以监测混凝土开裂的过程,测得混凝土抗拉强度与理论值基本一致;压电智能骨料可以监测动态加载全过程的钢筋混凝土内部压应力重分布规律,并与钢筋应变片的应变变化规律相互印证,验证了该监测方法的可行性。     

移动荷载作用下地下结构损伤识别方法

将超长线状地下结构简化为粘弹性地基上无限长的Timoshenko梁,提出了一种基于小波理论的移动列车荷载作用下地下结构的损伤识别方法。用扭转弹簧的刚度变化模拟地下结构管片的裂缝损伤,以移动列车荷载通过轨道时测点的加速度响应时程为输入,对其进行连续小波变换,通过小波残余力指标识别结构发生损伤的位置。通过数值算例考察了不同程度损伤、多损伤下的损伤识别。同时,研究了损伤形式对损伤识别结果的影响。此外,进行了粘弹性地基上的带法兰铝管模拟的缩尺隧道试验,环与环之间通过螺栓连接,试验结果证明该方法可有效识别不同损伤工况下的结构损伤,验证了该方法的有效性。     

钢筋混凝土框架柱的裂缝模拟分析

介绍了ANSYS软件建立钢筋混凝土框架柱有限元模型的基本原理。在对模拟试验框架柱的开裂荷载、屈服荷载、最大荷载及破坏裂缝图与相应的试验结果比较分析的基础上,用ANSYS软件模拟分析了单调荷载作用下钢筋混凝土框架柱的裂缝分布和开展规律。结果表明,ANSYS软件模拟的框架柱开裂荷载、屈服荷载及最大荷载与相应的试验结果相差可控制在20%以内;柱表面的裂缝分布、开展及破坏规律与试验情况吻合较好;混凝土核心受压区模拟的三个主拉应力方向均有裂缝产生,且无规律可循,说明核心区混凝土的受力状态复杂。     

Optimal drift design of tall reinforced concrete buildings with non‐linear cracking effects

This paper presents an efficient, computer‐based technique for the optimum drift design of tall reinforced concrete (RC) buildings including non‐linear cracking effects under service loads. The optimization process consists of two complementary parts: an iterative procedure for the non‐linear analysis of tall RC buildings and a numerical optimality criteria (OC) algorithm. The non‐linear response of tall RC buildings due to the effects of concrete cracking is obtained by a series of linear analyses, the so‐called direct effective stiffness method. In each linear analysis, cracked structural members are first identified and their stiffness modified based on a probability‐based effective stiffness relationship. Stiffness reduction coefficients are introduced as measures of the remaining stiffness for structural elements after cracking. A rigorously derived OC method is developed to solve for the minimum weight/cost design problem subject to multiple drift constraints and member sizing requirements. A shear wall‐frame example is presented to illustrate the application of this optimal design method. The design results of the optimized structure with cracking effects are compared to those of the linear‐elastic structure without concrete cracking. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

高层屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构抗震性能研究

为研究高层屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构的抗震性能,分别设计了一个10层钢筋混凝土框架结构和屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构模型,进行了地震作用下动力非线性分析。结果表明：屈曲约束钢板墙可显著减小高层钢筋混凝土框架结构在地震作用下的层间位移,同时在罕遇地震作用下框架中塑性铰的数量也有大幅减少,表现出良好的抗震性能。在此基础上,综合规范对框架结构和框架-抗震墙结构抗震等级和柱轴压比限值的规定,并结合屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构的受力特点,提出了高层屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构的抗震设计建议。建议屈曲约束钢板墙的边缘构件按框架结构确定抗震等级和柱的轴压比限值,其他框架部分根据其承担的地震倾覆力矩比例大小,按框架结构或框架-抗震墙结构确定抗震等级和柱的轴压比限值。     

足尺水泥聚苯模壳格构式混凝土填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究水泥聚苯模壳(EPSC)格构式混凝土填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗震性能,对一足尺单层EPSC格构式混凝土填充墙RC框架模型进行了振动台试验。试验中考虑了墙体开洞及墙体与RC框架的连接方式,研究了不同强度地震动作用下模型结构的动力特性、加速度反应、位移反应、层间剪力和动应变反应。研究结果表明：连续强震动作用下EPSC裂缝数量较多,部分格构柱水平开裂,而RC框架未发现损伤,EPSC格构式混凝土填充墙RC框架具有良好的抗震性能;模型最大层间位移角仅为1/513,格构式混凝土墙体的存在极大增强了RC框架的抗侧刚度;墙体与RC框架设置不同间距、长度的拉结筋均能提高墙体的平面外稳定性能,可控制墙体与框架协同工作。     

冻融循环作用后钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

为研究冻融循环作用后的钢筋混凝土梁受弯性能,对经历0、50、100、125次冻融循环的混凝土立方体试块进行抗压强度试验;设计并制作了48根钢筋混凝土梁试件,分别经历0、50、100、125次冻融循环后进行静力受弯性能试验;分析混凝土质量损失率、相对动弹性模量、相对抗压强度等参数与冻融循环次数的关系。研究冻融循环次数、混凝土强度等级对钢筋混凝土梁受弯性能的影响。结果表明：混凝土试块质量、相对动弹性模量和立方体抗压强度均随冻融循环次数的增加而下降,高强度等级混凝土可延缓冻融循环造成的破坏;部分设计适筋混凝土梁经历冻融循环作用后发生超筋破坏。推导了受弯梁经历冻融循环作用后发生超筋破坏的界限配筋率计算式,并通过试验验证了其正确性;冻融循环作用后钢筋混凝土梁的开裂弯矩、受弯承载力仍可采用现行混凝土结构设计规范相关理论计算。     

RC框架-HPFRC耗能墙结构侧向刚度计算模型

研究了钢筋混凝土(RC)框架高性能纤维增强混凝土(HPFRC)耗能墙结构中RC框架和HPFRC耗能墙的刚度退化规律,建立了RC框架HPFRC耗能墙结构在开裂、屈服和峰值荷载点的侧向刚度计算模型.结果表明：RC框架与HPFRC耗能墙在同一特征荷载点的刚度退化规律差异较大,HPFRC耗能墙比RC框架的刚度退化缓慢很多;基于RC框架与HPFRC耗能墙的刚度退化规律所建立的有效侧向刚度计算模型,基本反映了RC框架HPFRC耗能墙结构的受力和变形特点,按此模型计算所得的结构位移值与试验值基本吻合.     

反复荷载作用下混凝土异形柱结构累积损伤分析及试验研究

反复荷载作用下混凝土结构的累积损伤将加重其力学性能的劣化,实用的结构累积损伤评价模型,可以定量确定结构的剩余刚度和强度,为结构安全评估和修复加固提供理论依据。本文以结构在理想无损伤状态下外力所作的功为初始标量,依据能量耗散原理,提出反复荷载作用下结构累积损伤评价模型。应用该损伤模型结合试验数据分别对L形截面柱、异形柱框架节点和异形柱框架结构进行了累积损伤分析,所得到的损伤评价指标,能较好地反映在反复荷载作用下钢筋混凝土结构的累计损伤状态。     

汽车撞击下钢筋混凝土框架的动态响应与破坏模式研究

为了研究汽车撞击下钢筋混凝土整体框架结构的动态响应、损伤机理及破坏模式,运用显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA建立6层钢筋混凝土框架结构模型,并对不同车速撞击下汽车与钢筋混凝土框架角柱和边中柱的破坏过程进行仿真模拟。结果表明:汽车撞击角柱和边中柱的损伤破坏过程相同;最大碰撞力与撞击速度呈线性关系;中国规范对汽车等效碰撞力的取值偏于不安全;在汽车的撞击作用下,被撞柱柱底发生弯剪破坏,柱顶发生剪切破坏,结构的动态反应具有局部性,只与被撞柱及周围相邻的构件有关。     

Robustness of corroded reinforced concrete structures – a structural performance approach

The aim of this work is to provide new contributions in order to define more accurately the structural robustness concept, particularly when applied to corroded reinforced concrete (RC) structures. To fulfil such a task, several robustness indicators are analysed and discussed with special emphasis on structural-performance-based measures. A new robustness definition and a framework are then proposed for its analysis, based on the structural performance lost after damage occurrence. The competence of the proposed methodology is then tested comparing the robustness of two RC foot bridges under corrosion. The damage considered is the longitudinal reinforcement corrosion level, and load carrying capacity is the structural performance evaluated. In order to analyse corrosion effects, a finite element (FE) based on a two-step analysis is adopted. In the first step, a cross-section analysis is performed to capture phenomenons such as expansion of the reinforcement due to the corrosion products accumulation; damage and cracking in the reinforcement surrounding concrete; steel–concrete bond strength degradation; effective reinforcement area reduction. The results obtained are then used to build a 2D structural model, in order to assess the maximum load carrying capacity of the corroded structure. For each foot bridge, robustness is assessed using the proposed methodology.     

FRP加固钢筋混凝土柱经历模拟地震作用后的残余性能试验研究

本文对8根大比例的FRP加固钢筋混凝土桥柱模型在轴压比为0.2的恒定轴压力下进行拟静力试验,再对其中5根试验柱在经历有限的地震作用后进行长期荷载作用下的轴压试验。试验表明,FRP加固柱的徐变变形远小于对比柱的徐变变形;带损伤的加固柱在长期荷载作用下的变形发展受加固柱的损伤程度和持荷大小的控制,并与FRP的弹性模量有关;在试验条件下,带损伤的加固柱长期轴向变形呈稳定态势。采用AEMM和F ind ley模型为基础,考虑损伤程度、密封状态、三向应力状态和应力重分布等因素的影响,建立了损伤加固柱的徐变计算模型,并进行了验证。分析表明,损伤对加固柱的徐变发展和徐变破坏时限有显著影响。