石墨烯混凝土正交于受力方向的力—电效应

将石墨烯加入到混凝土中,可以使混凝土具有压敏性能。实验采用向试件施加循环轴向荷载的方法,同时,为使流经电流稳定,使用直流源四电极的测试方法。最后发现,试件在正交方向上的电阻变化率为1. 56%,而且该方向上的应变为拉应变,电阻随外加压力的增加而减小,与试件应变趋势基本一致。     

等离子体改性碳纳米管混凝土在桥墩节点处的智能监测

设计了3组连接方式的装配式桥墩,在连接节点处采用等离子体改性碳纳米管（P-CNT）混凝土,研究了低周往复荷载作用下,桥墩连接节点处P-CNT混凝土受力时电阻的变化情况,以验证P-CNT混凝土应用于桥墩节点进行智能监测的可能性.结果表明：3组连接方式下,P-CNT混凝土均表现出良好的力学性能和压敏性能;当连接节点处混凝土出现裂缝或分离脱落时,其电阻值出现突增现象,且电阻突增变化率随着节点处混凝土破坏程度的升高而增加.说明P-CNT混凝土智能材料可以有效监测节点处的受力状态.     

智能混凝土应用前景

美国科学家发现 ,在混凝土中加入碳纤维后其电阻会随外加应力等的变化而成比例改变。科学家们指出 ,利用这一特性制成的智能混凝土有传感器功能 ,在道路和桥梁等建筑领域将具有广泛应用前景。研究表明 ,在混凝土中加短碳纤维只需占混凝土总体积的０.２ %和０ .５ %,混凝土电阻就会按外加应力和压力变化而作出相应改变。当智能混凝土受外在压力等的作用而发生变形后 ,其内部的碳纤维与水泥浆之间的接触程度会受到影响 ,从而导致其电阻变化。这一机制使得混凝土可充当灵敏度非常高的压力和应力探测器。智能混凝土应用前景     

碳纤维混凝土导电压敏性的研究

碳纤维水泥基材料具有应力、应变自感知功能,所以可以利用碳纤维混凝土的这种性能制备碳纤维混凝土压敏传感器。本文主要研究用于融雪化冰的碳纤维混凝土的制作工艺;碳纤维混凝土最佳配合比;探讨碳纤维混凝土电阻随碳纤维掺量的变化规律以及混凝土的压敏性。研究结果表明：碳纤维混凝土的电阻随龄期增长而下降,21d后趋于稳定;碳纤维混凝土电阻随碳纤维掺量增加而下降,当碳纤维掺量达0．7％时碳纤维混凝土的电阻迅速下降,此后碳纤维混凝土的电阻随碳纤维掺量增加无显著降低;通过碳纤维混凝土压敏性研究可以测知碳纤维混凝土随压应力增加其内部裂纹的闭合及新裂纹的产生。     

基于界面效应的碳纤维混凝土压敏性研究

碳纤维混凝土具有应变-电阻效应,给结构材料赋予了功能特性.运用碳纤维单丝拉拔试验与剪滞理论,从碳纤维-水泥基界面应变变化角度讨论了碳纤维混凝土的压敏性机理.在单丝拉拔过程中,试样电阻的变化主要是因为界面电阻的变化;随着界面应变的增大,试样电阻随之增大.这一研究有助于对碳纤维混凝土压敏性机理的更深入理解.     

钢纤维-石墨烯导电混凝土受弯过程的力-电效应试验研究

利用石墨烯材料的纳米属性和超强的导电能力,较为领先地对石墨烯导电混凝土进行了初步研究,并针对混凝土材料受弯破坏全过程,研究了石墨烯与钢纤维混杂增强混凝土材料在受弯过程中的力-电效应和受弯机敏性。研究表明,钢纤维导电混凝土在纤维掺量较低时对受弯过程的机敏性较差,而石墨烯的掺入使得钢纤维混凝土的机敏性得到了明显提升,二者在改善导电混凝土的力-电效应方面表现出了明显的正混杂效应。研究发现,可以利用一次线性函数对钢纤维-石墨烯导电混凝土的电阻变化率-挠度曲线进行拟合,电阻变化率与挠度的相关性较好。     

SMA混凝土梁的裂缝监测及自修复

试验研究了混凝土梁加载过程中Ni-Ti形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)丝电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系和SMA丝通电激励过程中混凝土梁裂缝恢复的变化规律.结果表明:SMA丝电阻变化率随混凝土梁裂缝宽度的增加呈现出规律性的变化,尤其是当混凝土裂缝在0.3 mm范围内变化时其电阻变化率对梁裂缝变化更为敏感;SMA丝通电激励后的恢复特性能使SMA混凝土梁的裂缝很好愈合.利用SMA丝电阻变化率对裂缝变化的敏感性和其相位恢复特性可实现对混凝土梁裂缝的自监测和自修复.     

低碳纤维掺量智能混凝土的电阻率研究

研究了低碳纤维掺量智能混凝土的电阻率,包括随固化龄期的增加不同碳纤维含量混凝土电阻率的变化规律,测量选取的电压对电阻率变化的影响以及在电阻的测试中电极的选用对试样电阻率的影响研究。通过这些研究,得到了低碳纤维掺量水泥基复合材料电阻变化的基本规律,为其实际应用打下良好基础。     

温度和湿度对纳米石墨烯片水泥基复合材料压敏性能的影响

研究了纳米石墨烯片水泥基复合材料（GNPs/CC）在不同温度和湿度下的压敏性能。研究结果表明：GNPs/CC在20℃下的压敏性能最佳。温度的升高和降低都会导致GNPs/CC压敏性能的削弱，温度升高会导致灵敏因子出现小幅度的波动，但电阻变化率曲线的线性程度基本不受影响；温度降低则会导致灵敏因子大幅度降低，并导致GNPs/CC电阻变化率曲线的线性程度降低。0RH湿度下，GNPs/CC的压敏性能最佳；65%RH的湿度几乎不会改变GNPs/CC的含水率，对其压敏性能无明显影响；98%RH的湿度会使GNPs/CC的含水率快速增加，并导致了GNPs/CC压敏性能的削弱。     

在不同膨胀剂掺入量下大体积混凝土膨胀后浇带内部应变变化试验研究

为研究在不同膨胀剂掺量下大体积混凝土内部应变变化情况,在室内进行了原材料缩尺试验模拟,观察大体积膨胀混凝土在凝结硬化过程中,内部温差、干缩等"变形荷载"引起的混凝土内部应变变化规律,通过调节膨胀剂掺入量控制其变化结果,防止大体积混凝土早期裂缝产生。试验结果表明:4%膨胀剂掺入量下的混凝土早期拉应变接近其极限拉应变,此时混凝土内部可能产生裂缝;而膨胀剂掺入量超过9%时,预压应变增加并不明显,造成材料浪费;故膨胀剂掺入量为9%时控制效果最佳。     

钢管混凝土与钢梁斜交节点的试验研究

加强环式节点是钢管混凝土柱 -钢梁体系的常见连接形式 ,认识此类节点的受力性能对结构设计至关重要。在国内外已有的试验及理论研究中 ,主要针对钢管混凝土柱与钢梁垂直正交节点 ,而对斜交节点的研究没有报道。通过对 6个多向相交节点的试验 ,分析了斜交节点核心区在静力加载全过程中的应变与转角变化特点。结合试验现象 ,对此类节点的设计提出一些建议 ,建立了加强环式斜交节点的承载力计算经验公式。     

碳纳米管水泥基纤维增强复合材料压敏性能研究

文中对比分析了几种不同碳纳米管掺量试件的电阻变化规律,评价碳纳米管水泥基纤维增强复合材料的压敏性能。试验结果表明,随着多壁碳纳米管掺量的增加,电阻率将减低并最终趋于稳定,同时,试件压敏性存在差异。当多壁碳纳米管掺量为胶凝材料质量的0.1%时,电阻变化率幅度较大,可以达到0.133,此时,碳纳米管复合材料具备较好的自感知特性,可应用于结构健康监测研究。     

钢骨超高强混凝土框架节点受剪承载力试验研究与理论分析

为研究钢骨超高强混凝土框架节点核心区受力特征和受剪承载力,对12个节点试件进行了低周反复加载试验,分析受剪破坏模式、各加载阶段受力特征、箍筋和钢骨腹板应变以及轴压比、体积配箍率、钢骨形式对受剪承载力的影响。采用"四边加强的剪力墙"模型描述了节点核心区受剪机理,建立了受剪承载力计算式,对比分析了计算结果与试验结果。研究表明:开裂阶段节点核心区超高强混凝土承担的外荷载较多,达85%以上,箍筋和钢骨腹板承担的外荷载较少;试件屈服后,超高强混凝土承担的外荷载有所减少,而箍筋和钢骨腹板承担的外荷载明显增多,箍筋和钢骨腹板的应变增长较快,荷载-应变关系由最初近乎直线,发展为应变随荷载变化明显的曲线,且存在较大的残余应变;节点核心区受剪承载力随轴压比或体积配箍率的增加而增大;钢骨形式对受剪承载力影响不明显;受剪承载力计算结果与试验结果比值在0.94~1.02范围内,所提出的计算式具有较高的精度。     

SMA在结构健康监测中的应用研究

针对一种Ni-Ti形状记忆合金材料,通过试验定性了解了其力学性能随温度、应变幅值的变化情况;并通过通电激励的方式得出了合金温度随电流强度、通电时间的变化曲线,及常温下合金轴向应变与电阻变化率之间的关系。并介绍了将形状记忆合金丝埋置于混凝土梁中,形状记忆合金电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系。     

石墨钢珠复相智能树脂混凝土的压敏性研究

通过加入特定的导电掺料,可以使树脂混凝土具有良好的压敏特性。综合其优良的机械性能,可以将预制件置于建筑构件的关键部位作为监测元件。以掺入石墨粉和钢珠的树脂混凝土为材料制备立方体试件,测试其在重复荷载下的电阻变化和应变的对应关系。试验结果表明:试件具有良好的压敏特性;随着加载次数的增加,试件的灵敏度略有降低,整体重复性表现良好。     

钢筋混凝土简支梁受弯实验研究

通过对五根钢筋混凝土简支梁受弯破坏过程的实验,分析了混凝土简支梁在集中荷载作用下的基本受力性能与规律,并研究了简支梁的破坏形态特征,结果表明:根据实验测得数据计算梁的跨中最大位移比规范计算所得的值略小;纵向受拉钢筋应力在未屈服前随荷载的增大呈线性增长关系;梁在正截面受弯破坏过程中,混凝土未开裂前其应变沿截面高度的变化规律基本符合平截面假定。     

空心瓷绝缘子机械特性的试验分析研究

选用空心瓷绝缘子作为试品,利用动态电阻应变仪,分析空心瓷绝缘子在弯曲负荷、内压力负荷及两者联合作用下的应力和应变变化规律。试验结果表明：弯曲负荷试验下,随着弯曲负荷的增加,轴向应变不断增大,基本呈线性增加,下端径向受力状态与轴向相反,拉应力增长的速率稍大于压应力;内压力试验下,随着内压力的增大,轴向和径向应变不断增大,上端和下端部位的轴向应变变化一致性较好,且稍微小于径向应变;弯曲负荷和内压力联合作用下,拉应力状态的应变大于单独负荷作用的应变,而呈压应力状态的应变则小于单独负荷作用的应变,下端拉应力侧受力状态由轴向拉应力和径向压应力转变为轴向径向均为拉应力,考核将会更加严酷;推荐选择以相对较大弯曲负荷为基准,进行拉伸弹性模量、压缩弹性模量和泊松比的测量。     

竖向荷载作用下插接式Y形钢管混凝土转换节点的承载力试验研究

为实现不同截面形式的斜柱与支柱的可靠连接，提出一种Y形钢管混凝土转换节点，其双斜柱和支柱采用插接式连接。以斜柱钢管壁厚、支柱直径、斜柱插入深度以及斜交区是否设置加劲肋为参数，设计8个双肢方形截面斜柱和圆形截面支柱转换节点，通过竖向荷载下的静力试验，研究其破坏模式、承载力、变形特点和受力机理。研究结果表明：在竖向荷载作用下，插接式节点的核心区能有效传力，其顶面承受局部压力作用，局部压力扩散范围延伸至支柱；斜交区混凝土受约束作用大，对该区域的变形和承载能力有利；斜柱插入深度是影响节点受力性能的关键参数，随着插入深度的增加，节点承载力最大提高18%,钢管首先达到屈服应变和发生局部屈曲的部位改变；斜交区设加劲肋能够提高斜交区的刚度和承载力，使薄弱位置转移。基于试验获得的节点各区域受力特征，提出适用于双肢方形截面斜柱与圆形截面支柱插接式Y形转换节点在对称竖向荷载作用下的承载力计算公式。承载力计算结果与试验结果之比的平均值为0.879,标准差为0.049,计算结果偏安全，离散性较小。     

纳米碳纤维混凝土制备及其压敏性能

在自密实混凝土配合比的基础上,制备不同掺量纳米碳纤维混凝土,并采用自行设计的数据采集系统研究了各混凝土试件的压敏性能。结果表明:采用普通制作工艺和自密实混凝土技术,可使纳米碳纤维均匀分散在混凝土材料中,当掺入胶凝材料体积0.8%~1.0%的纳米碳纤维掺量时可制备出压敏性优良的智能混凝土材料。     

智能TRC板加固RC梁力电性能试验研究

研制了一种基于碳纤维传感特性的自监测智能TRC板,进行智能TRC板抗弯性能试验,检验智能TRC板的应变传感性能;进行智能TRC板加固RC梁抗弯性能试验,研究智能TRC板加固RC梁抗弯力电性能。研究结果表明,通过TRC电阻变化率和应变的关系,可以实现对TRC结构裂缝的监测;智能TRC板电阻灵敏系数为20,比常用电阻应变片灵敏系数大;加固梁荷载-位移曲线与荷载-电阻曲线基本吻合,智能TRC能够有效地监测试件受力损伤演化过程;智能TRC板加固RC结构,不仅能为结构提供有效承载力和延性,还能为结构在服役阶段的安全性提供有效的监测技术,实现集高效结构和实时结构健康监测于一体之目的。