金属构件的损伤断裂与抗力衰减分析

现有的结构力学分析都假设结构为完好无损，然而结构在初始状态或使用过程中总存在各种损伤，而且损伤在使用过程中会不断积累和加剧。损伤不但缩短结构的使用寿命，而且引起结构力学性能下降。本文着重研究了具有宏观裂纹构件的强度和刚度随损伤发展的衰减规律；分析了平面应力、平面应变及弹塑性情况下带裂纹构件的强度衰减，提出了构件剩余抗力的计算方法；基于能量原理，推导了带裂纹构件的刚度；应用本文的方法分析了一个三杆结构，分析结果显示了裂纹引起的构件强度和刚度的变化对结构承载力和可靠度的显著影响。     

土木工程结构智能感知材料、传感器与健康监测系统

随着智能感知材料的发展,高性能传感器及其测试技术为结构智能健康监测系统的研究与发展提供了崭新的途径,结构智能健康监测已经成为诸多领域的前沿研究方向.本文重点介绍了作者近年来基于智能感知材料发展的智能传感器及土木工程结构智能健康监测系统的研究成果.主要包括光纤光栅应变和温度传感器与压电薄膜(PVDF)应变和裂缝监测传感器及其性能;无线传感器网络与无线传输技术及其性能与工程应用;碳纤维智能传感器与纤维增强-光纤光栅应变传感器及其性能;智能混凝土与智能混凝土标准应变传感器及其性能;智能健康监测系统及其工程应用.最后,介绍了我国在重大工程结构智能健康监测领域的立项情况.     

CFRP筋的自感知特性试验研究

CFRP筋的高强、轻质、耐腐蚀等特性使其具有作为结构材料的优良性能,同时它又具有功能材料的自感知特性.本文对我们研制开发的3种不同纤维含量的CFRP(碳纤维的含量分别为54%、60%、65%)筋进行了常温拉伸比较试验.电阻信号采集采用基于ADAM-4018的智能采集模块,这种采集模块具有更高的精确度,可以得到更加准确的测试结果.结果表明CFRP筋的材料性能服从虎克定律,材料不发生塑性变形,是一种脆性材料;CFRP筋在拉伸荷载下的电阻变化很明显,具有很好的自感知性能,电阻基本上呈线性增加,变化率可以达到100%～150%,随着纤维含量的增加,CFRP筋的电阻变化率呈下降趋势.     

新型电流变智能隔震装置的结构隔震效果分析

将电流变智能阻尼器与叠层橡胶隔震垫相结合,形成新型电流变智能隔震装置,对结构进行智能隔震控制。首先,进行了新型电流变智能隔震装置的设计,推导了转动电流变阻尼器控制力的计算公式,提出了电场强度和装置剪切变形之间的函数关系,实现了拟限位型和拟摩擦型的隔震装置模型;然后,针对电流变智能隔震控制的特点,提出了摩擦控制的判别规则并给出了计算公式,编制了相应的程序;最后,对应用电流变智能隔震装置的单自由度结构进行了数值分析,结果表明:两种类型的隔震装置对结构都有较好的控制效果,限制了隔震层变形的同时不增加隔震层的加速度,控制效果比较理想。     

CG-FRP混杂筋的研制及试验研究

采用低延伸率的碳纤维和高延伸率的玻璃纤维的层内混杂方式,通过拉挤工艺生产得到了混杂CG-FRP筋.CG-FRP筋的总纤维体积率为65%,碳纤维和玻璃纤维的混杂比例为1:6.标准拉伸力学试验结果表明,CG-FRP混杂筋表现出较为明显的“屈服”现象,平均“屈服”强度和平均极限抗拉强度分别为1507.0MPa和1676.5MPa,后“屈服”阶段的应变量约为弹性阶段应变量的23%.CG-FRP筋的平均弹性模量为88.01GPa,平均泊松比为0.274.研究表明,该混杂筋存在较为明显的混杂效应,协同工作性能较好,筋的弹性模量和极限抗拉强度也得到了显著的提高.     

基于单片机模糊控制器的AMD主动控制试验研究

模糊控制是结构主动控制的一种很有前途的控制算法。本文针对顶层设置AMD控制装置的5层钢框架模型结构,首先由已有主动控制训练样本提取了模糊规则;其次,将模糊逻辑推理与单片机技术结合起来,开发了单片机模糊控制器。在此基础上,完成了1∶4缩尺的5层钢框架模型结构的AMD模糊控制模拟地震振动台试验研究。试验结果表明:模糊AMD控制可以有效地减小地震作用下模型结构的反应,对顶层位移反应峰值的控制效果达到50%。本文研究成果可为AMD模糊控制走向工程应用提供参考。     

高阻尼混凝土的耐久性试验与综合评定

在水泥砂浆中掺加一定掺量的苯丙乳液、聚醋酸乙烯乳液、甲基纤维素、乳胶和硅粉,可以提高聚合物阻尼增强水泥砂浆的损耗因子和储存模量,为了研究这些掺料对混凝土长期性能的影响,采用能分别体现高阻尼混凝土抗冻融能力、抗氯离子渗透能力和抗渗能力的4个指标(即剥落量、耐冻融系数、通过电量和渗水深度)作为影响因素,在试验的基础上,应用模糊综合评定的方法评定了高阻尼混凝土的耐久性,为今后混凝土耐久性的综合评估提供了一种新的探索.     

碳纤维水泥石压敏传感器及其性能研究

研究了碳纤维水泥石压敏传感器(CFCPS)的制备方法、测试方法以及信号采集系统的建立方法,并对所定型的一种CFCPS进行了性能测试.研究表明:调整水灰比、减水剂掺量、分散剂掺量,采用碳纤维和碳黑复掺,同时采取合适的搅拌工艺,可制得性能稳定的CFCPS;CFCPS的电极宜采用埋入式网状电极,电阻测试方法应采用四电极法;所建立的基于电压信号的采集系统具有电路简单、精度高、方便实用等特点,并可以实现实时在线、多通道采集;所定型的CF-CPS的输入(应力或应变)与输出(电阻率变化率)关系式为:△ρ=-0.912σ(或△ρ=0.015ε),其输入范围为0～10MPa(0～578με)、输出范围为0～8%、灵敏度约为0.912%/MPa(-0.016%/με)、线性度约为13%、重复性约为4.49%、迟滞性约为5.28%、零点输出约为2.52%、时间零漂移约为8.46%.     

钢纤维水泥基材料吸波性能实验与隐身效能分析

采用远场雷达散射截面法测试的功率反射率为表征吸波性能的指标,研究了素砂浆的吸波性能以及钢纤维长度、钢纤维掺量、复掺铁氧体、表面处理、温度和湿度等因素对钢纤维砂浆吸波性能的影响;同时根据所推导的隐身效能评价公式计算了钢纤维砂浆的隐身能力.研究表明:掺入钢纤维可以提高砂浆的低、高频吸波性能;合适的纤维长度和体积掺量是提高砂浆吸波性能的决定性因素;温、湿度升高,钢纤维砂浆的吸波性能下降;复掺的铁氧体分布在试件表层时,钢纤维砂浆的吸波性能下降,而分布在整个试件内时,可提高低频段的吸波性能;表面开浅槽可以在较宽的频段内提高吸波性能,表面开深槽可使低频吸波效果明显提高;吸波效果较好的钢纤维砂浆在2.6～4GHz的频段内,其雷达最大探测距离可降低到素砂浆的84%～89%.     

国家游泳中心钢结构施工卸载过程及运营期间应变健康监测及计算模拟分析

空间结构施工卸载过程和运营状态受力是十分复杂的。本文在对100余种工况受力分析的基础上,依据应变传感器位置选择原则,首先设计国家游泳中心(简称"水立方")应变监测系统;其次,建立水立方施工卸载过程模拟的有限元模型和运营状态的有限元模型;采用应变监测系统和有限元模型分别监测和模拟水立方施工卸载过程关键杆件的应力变化,以及脚手架的应力变化全过程,分析关键杆件应变变化规律。在此基础上,对水立方运营阶段的温度变化及其产生的应变进行监测,并采用有限元模型进行温度变形计算。结果表明,监测期间,水立方其他荷载较小,温度是主要控制荷载,随温度升高,应变增加,最高温度达到75℃,最大温度应变变化接近500με。