组合结构界面滑移变形全过程的光纤光栅传感检测

采用光纤Bragg光栅（FBG）传感技术完成了钢-混凝土组合桥面板模型界面滑移变形的全过程检测.结构模型试验包括静载、疲劳和破坏3个阶段.结果表明：前两试验阶段中未发生滑移变形.在破坏试验中,钢-混凝土界面产生滑移变形,FBG传感器测得滑移出现的临界应变值及其发展过程.表明FBG传感技术能够检测组合结构界面滑移变形的全过程及其空间分布状态.     

钢砼组合结构PBH剪力键的疲劳性能

为了研究钢箱-砼组合结构中PBH剪力键在反复荷载作用下的疲劳性能,设计制作了PBH剪力键试验模型,进行了24万次疲劳推出试验。在疲劳破坏形态和试验滑移及应变数据分析的基础上,利用数值工具开展肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数的PBH剪力键疲劳寿命影响因素分析。研究表明：PBH剪力键的疲劳破坏形态与静载破坏相似,表观表现为混凝土面多处斜向劈裂裂缝、内部榫孔混凝土压碎、穿入钢筋局部屈服;疲劳破坏演化过程分为疲劳损伤开始、发展、破坏3个阶段,其中疲劳发展阶段占整个疲劳阶段的91.7%,结构刚度在疲劳损伤开始和发展阶段退化较慢,在疲劳破坏阶段退化较快;肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数对PBH剪力键疲劳寿命影响均有明显影响,其中穿入钢筋直径对疲劳寿命的影响尤为突出。     

钢-超高性能混凝土组合板横向受弯静力试验及有限元模拟

为了研究钢-超高性能混凝土（UHPC）组合板的受弯性能,开展8块该类组合板的受弯试验,分析正、负弯矩作用下的受弯破坏开展全过程.在正弯矩作用下,组合板受弯破坏经历了线弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段,结构刚度两次衰减的拐点分别是界面滑移与钢板屈服,结构破坏时加载点附近UHPC局部压碎且剪弯段及端部界面出现脱空现象;在负弯矩作用下,UHPC层出现横向裂缝导致结构刚度第一次下降,随着裂缝的发展,截面内力重分布使得钢筋应力持续增大直至屈服,最终主裂缝宽度过大导致结构刚度严重衰减,组合板因UHPC层受拉断裂而破坏.采用有限元软件ABAQUS,建立非线性有限元模型.模型中考虑界面接触、材料非线性、混凝土损伤塑性模型等,模拟试验全过程.在与试验结果进行对比分析的基础上,分析影响钢-UHPC组合板抗弯性能的主要因素,包括界面黏结方式、纵筋配筋率、栓钉数及布置,研究这些因素对组合板抗弯极限承载力、结构刚度、跨中挠度等力学性能的影响.     

FBG传感器在节点试验中的应用研究

在钢梁与混凝土墙连接节点抗震性能试验研究中,在混凝土墙内部和钢梁翼缘的测点处同时布置了FBG应变传感器和电阻应变片进行应变采集,并将两者测得数据进行对比分析。结果表明：FBG应变传感器具有良好的抗干扰性和稳定性、安装和使用过程中不易损坏;表面式FBG应变传感器所测结果与电阻应变片所测结果基本一致,而内埋式FBG应变传感器所测结果与电阻应变片所测结果有一定差距;表面式FBG应变传感器具有较好的可用性与适用性。     

高速铁路隧道基底软岩动力累积损伤特性

利用相似材料模拟高速铁路隧道基底软岩,采用荷载控制和非对称正弦波循环加载方式对软岩试件进行动三轴疲劳与损伤检测综合试验。通过试验结果分析,建立了软岩3参数多项式疲劳寿命计算模型和4参数多项式累积损伤参量计算模型,获得了软岩疲劳损伤特性,即：软岩疲劳破坏表现为端部拉-剪复合破坏和中部压-剪复合破坏两种模式;疲劳破坏全过程表现为初始微孔隙压密、裂纹发生与稳定扩展以及损伤裂纹加速发展3个发展阶段;软岩疲劳寿命主要取决于本身强度和动应力水平,强度愈高、动力应力水平愈低,其疲劳寿命就越长;当动应力水平相同时,软岩疲劳寿命与其弹性模量呈线性增长关系。     

基于塑性损伤模型的管片接头阶段分析

基于上海地铁13号线管片接头足尺加载实验,结合ABAQUS中混凝土塑性损伤模型和混凝土结构设计规范,对混凝土CDP模型的参数进行标定,并建立盾构管片接头塑性损伤三维有限元模型,研究管片接头在弯矩和轴力共同作用下的损伤破坏的全过程,对破坏过程中四个阶段的弯矩、裂缝张开量、挠度和损伤之间的关系进行详细分析。结果表明:塑性损伤模型计算得到的挠度-荷载曲线和试验曲线吻合较好,管片接头经历全截面受压阶段、小变形阶段、大变形阶段和接头接触挤压破坏阶段。以裂缝张开量为基础,结合管片接头挠度、弯矩和拉伸损伤带的损伤平均值,提出盾构管片接头损伤破坏的健康评价指标。     

波形钢组合桥面板受力性能分析

为研究波形钢组合桥面板的受力性能,首先设计了3组9个试件进行推出试验,分析其破坏形态、极限荷载值和滑移量,然后建立了有限元模型,分析了波形钢组合桥面板在跨中集中荷载下挠度、界面滑移、波形钢板和剪力连接件应力及其分布。研究结果表明：开孔板PBL剪力连接件破坏分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段3个阶段,试件为混凝土剪切破坏,破坏时有着良好的延性,贯穿钢筋和粘结摩擦力对剪力连接件的承载力和滑移量有着重要的作用,5 m跨径的波形钢组合桥面板极限承载力为630 kN,桥面板在荷载作用下经历弹性阶段、裂缝发展阶段、屈服阶段、破坏阶段4个阶段,开孔板PBL剪力连接件可以有效地将两种结构组合在一起,波形钢板和剪力连接件屈服区域均集中在跨中,其中波谷区域最明显。     

疲劳加载后预应力混凝土梁受力性能试验研究

通过对2根经250万次疲劳加载而未破坏的预应力混凝土梁进行静载受弯试验,研究疲劳加载对其剩余静载承载力、钢筋应力、刚度及裂缝等影响.试验结果表明,前期的疲劳加载对试验梁受力性能影响较小,各试验梁均发生正截面受弯破坏,破坏时有明显的延性破坏特征,并且其承载力与现行规范计算值相比有一定的安全储备.为评估既有预应力混凝土桥梁的受力性能及寿命提供一定的参考.     

预应力RPC-NC叠合梁弯曲疲劳性能试验分析

为研究预应力活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)叠合梁的弯曲疲劳性能,以中国铁路32 m跨度T型梁为原型,设计并制作了4根完全相同的缩尺模型RPC-NC叠合梁,其中1根梁进行静载试验另外3根梁进行等幅疲劳试验.对试验梁在不同疲劳加载循环下的正截面应变分布、受压区NC应变变化、裂缝发展、疲劳挠度及刚度发展的变化规律进行了分析,并将疲劳加载后未发生疲劳破坏的叠合梁、未经历疲劳加载的叠合梁以及相同结构尺寸和配筋情况下的普通混凝土梁的静力弯曲性能进行对比.结果表明:和普通混凝土适筋梁相同,RPC-NC叠合梁的疲劳破坏由非预应力纵筋疲劳断裂引起;在疲劳荷载作用下,截面应变沿截面高度始终近似呈线性分布,RPC-NC叠合梁正截面变形符合平截面假定;疲劳加载结束后,未发生破坏的RPC-NC叠合梁和疲劳加载前相比延性有所下降,但仍大于未经历疲劳加载的普通混凝土梁.根据试验结果,拟合得到试验梁与疲劳加载循环次数有关的刚度退化公式,可为RPC-NC叠合梁的设计提供一定的参考.     

CFRP粘接加固正交异性钢桥面板界面破坏机理研究

对碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)粘接加固正交异性钢桥面板界面性能进行了研究。采用考虑损伤因子的疲劳内聚力模型建立CFRP粘接加固正交异性钢桥面板有限元模型,采用二次名义应力准则判断界面损伤起始位置,根据幂法准则判断界面损伤破坏。以安庆长江公路大桥正交异性钢桥面板为研究背景,通过有限元模拟研究CFRP粘接加固正交异性钢桥面板界面破坏情况和应力分布。结果表明：CFRP粘接加固正交异性钢桥面板在盖板-U肋焊缝处首先发生界面破坏,随着荷载循环次数的增大,胶层破坏逐渐向纵肋和桥面板两端延伸,且界面破坏经过弹性阶段、软化阶段和界面破坏阶段3个阶段。     

埋入光纤布拉格光栅传感器的智能碳纤维复合塑料

根据弹性力学和边界条件,得出了光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变测量值与基体材料实际应变的关系方程。通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数。并对固化于CFRP的FBG变传感特性进行了实验研究。结果表明:FBGBragg波长对应变表现出很好的线性和重复性。用电阻应变仪对FBG传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数。FBG传感器具有优异的应变传感特性,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。     

内置FBG的CFRP加固钢混结构安全测评

为实现碳纤维复合材料对钢筋混凝土结构集先进加固与实时在线安全测评双重功能,将布拉格光栅光纤传感器固化于CFRP中.实验表明FBG与CFRP相容性及应变传感特性理想.根据钢筋混凝土结构理论和ANSYS有限元软件编制CFRP加固RC梁受弯荷载效应模拟计算程序.采用基于MATLAB的MonteCarlo计算程序,完成被加固结构可靠度模拟.制备的钢筋混凝土实验梁,采用预置FBG传感器的CFRP加固.梁内部钢筋粘结FBG传感器,压区混凝土上粘接电阻应变片.实验表明:全部实验梁承载过程中,根据CFRP中FBG的实时应变值,通过编制模拟计算程序得到实验梁内部受拉钢筋、压区混凝土应变与实测值较好吻合.据此不仅补偿了在已建成结构内部不能再装置传感器的限制,而且可实时判断加固结构的损伤状态,完成安全测评.     

光纤光栅传感网络对桥桩结构的健康检测

基于对实验桥墩应变点分布的有限元法分析,设计了相适应的光纤Bragg光栅(FBG)传感网络。传感网络根据土层结构分10层布置,每层包括8个FBG应变传感器和1个温度补偿器。对桥墩进行自平衡静载荷实验,分12次完成,每次加载2350kN并持续2h,FBG传感网络实时监测不同载荷下桥墩桩结构的应变分布。监测结果表明:与传统的载荷-位移(Q-S)曲线方法相比,FBG传感网络在桥墩承载实验中能全程反映整体桩结构的变化,实现对桥梁的健康安全检测。     

Critical crack tip opening displacement of different strength concrete

Critical crack tip opening displacement (CTODc) of concrete using experimental and analytical evaluation with seven different compressive strengths ranging from 30 up to 150 MPa was studied based on two types of fracture tests: three-point bending (TPB) and wedge splitting (WS). In the tests, the values of CTODc were experimentally recorded using a novel technique, in which fiber Bragg grating (FBG) sensors were used, and two traditional techniques, in which strain gauges and clip gauges were deployed. The values of CTODc of tested concrete were also predicted using two existing analytical formulae proposed by JENQ & SHAH and XU, respectively. It is found that the values of CTODc obtained by both experimental measurements and analytical formulae exhibit a negligible variation as the compressive strength of concrete increases, and the test geometry adopted has little impact on the value of CTODc. Regarding the experimental measurement of CTODc, the clip gauge method generally leads to a larger value of CTODc and shows a more significant scatter as compared with the other two methods, while the strain gauge method leads to a slightly lower CTODc as compared with the FBG sensor method. The analytical formula proposed by JENQ and SHAH is found to generally lead to an overestimation, while the analytical formula proposed by XU shows a good accuracy.     

固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性研究

将碳纤维复合材料(CFRP)与光纤传感器相结合构成智能先进复合材料,对固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性进行了实验研究.实验结果表明:光纤布拉格光栅B ragg波长对应变表现出很好的线性和重复性;布拉格光栅与基体材料粘结情况的好坏,对应变灵敏性与可靠性有直接影响;用电阻应变仪对布拉格光栅光纤传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数.结果表明测试数据稳定可靠,FBG光纤传感器具有优异的应变传感特性,为智能先进复合材料的研发与应用提供了重要依据.     

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.     

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。     

New approach for calculating permanent deformation in asphalt pavement

A new approach using the Fiber Bragg Grating(FBG)sensor and viscoelastic model to monitor and analyze the internal strain and temperature of asphalt pavement is proposed.Some parameters including peak strain,temperature and loading time were calculated with the application of multi-dimensional sensors group.These parameters were incorporated with viscoelastic model of five units to evaluate the permanent deformation of pavement.An application example was conducted,and the results show that it is feasible to analyze and calculate the permanent deformation of pavement structures with FBG sensors.     

Engineering approach to in-situ bridge health monitoring with fiber bragg gratings

It is well known that transportation is the economiclifeline of a country and bridges are the throat of com-munication.At present,there are about5000thou-sands of main highways in China,among which overone third are structurally defective,more or less dam-aged and potentially threatened by functional degrada-tion.Some of the key bridges need to be monitored,e-valuated and maintained,repaired or reinforced.Largeand important bridges are always designed to work formany decades or even longer.Ac…