基于波传播法的钢-UHPC组合结构脱粘损伤识别研究

钢-UHPC组合结构作为一种新型结构,其交界面通过栓钉紧密结合,以保证二者协同受力。在实际应用中,若钢-UHPC界面发生脱粘损伤,将不可避免地影响结构使用性能。基于波传播法的PZT测试技术是一种简单有效的现场无损测试方法,可用于钢-UHPC界面脱粘等微小缺陷的检测。设计了钢-UHPC组合梁模型,运用波传播法对实验梁的负弯矩加载历程进行了监测,通过分析接收信号幅值等特征参数,对加载历程中的局部界面脱粘损伤进行了识别,结果表明,波传播法能够较好地识别出钢-UHPC界面脱粘损伤。     

刚性路面脱空尺寸对探地雷达反射信号影响分析

根据雷达电磁波在路面结构中的传播特性,建立了雷达电磁波在脱空刚性路面结构层中的传播模型,并基于此模型模拟了矩形、十字形及圆形脱空形态下雷达电磁波的反射信号,研究了脱空尺寸对雷达反射信号的影响。结果表明:脱空水平尺寸主要影响脱空上下界面反射波幅的大小,竖向尺寸主要影响脱空下界面反射波峰出现的时延。研究成果探索了探地雷达识别刚性路面板下脱空大小的可行性,也为实际应用提供了重要的技术支持。     

探地雷达电磁波正演模拟研究

利用探地雷达技术对路面结构层进行检测时,根据探测要求而采用不同频率的天线,尝试建立了雷达电磁波在结构层中传播的正演模型,通过得到的合成波模拟了其在结构层中传播的规律。根据经典电磁理论,利用傅立叶积分变换,通过典型激励和实测雷达入射波模拟了雷达电磁波在结构层中的传播情况,得到了合成的反射波,并与实际结构层测试雷达波做了比较。结果表明:频率低的情况下,雷达的分辨率较低,结构分层不明显;随着频率的增大,可以清晰区分出结构分层,但只有在高频率的条件下,结构厚度分层的反射信号才是合理的,能比较真实地反映实际情况。     

基于模型试验的矿山法地铁隧道支护结构病害检测与识别

为提高矿山法地铁隧道支护结构病害检测与识别的准确性,采用基于时域有限差分的数值模拟方法,建立常见形状空洞、充水空洞、不同填充介质脱空以及钢格栅拱架、H型钢架下空洞模型,模拟探地雷达波在不同病害中的传播规律,并通过青岛地铁3号线探测实例验证。结果表明:空洞病害雷达反射波通常呈双曲线形状,反射信号强,但上三角形空洞图像与其他空洞图像有较大差异,表现为倾斜平行的同相轴特征;当空洞或脱空内部含水时,空洞或脱空下部出现明显反射波;钢结构雷达波反射强烈,会对钢结构下方病害探测产生干扰,在实际探测中,应将初期支护与二次衬砌分开探测。     

桥梁平行钢丝缆索磁致伸缩导波断丝检测实验研究

在实际检测中缆索拉力会影响导波检测换能效率,同时缺陷大小以及激励频率也会影响断丝缺陷信号的幅值。为了获得可靠的评估检测结果,需对磁致伸缩纵向导波平行钢丝缆索断丝缺陷信号进行研究。首先,在张拉情况下进行了缆索断丝导波检测实验,得到了拉力对断丝缺陷信号幅值的影响。然后,进行了缆索多根断丝导波检测实验,得到了不同激励频率下断丝根数与缺陷信号幅值间的关系。结果表明:缆索拉力对断丝缺陷信号幅值有一定的增强效果,但随着拉力增大其对幅值的增强效果会逐渐减小。同时,在一定激励频率下,断丝缺陷信号幅值与断丝根数呈近似线性关系。基于本文研究结果,可支持检测人员对检测信号进行补偿及分析,得到较可靠的断丝缺陷检测结果。     

基于压电阻抗法的钢-STC组合结构脱粘损伤识别研究

与土木工程中其他组合结构类似,钢-超韧性混凝土STC(Super toughness concret)组合结构交界面通过栓钉与混凝土紧密结合,以保证二者协同受力。在实际应用中,若钢-STC界面发生脱粘损伤,将影响结构使用性能。PZT测试技术是一种简单有效的现场无损检测方法,可用于监测钢-STC界面脱粘等微小缺陷。为解决实际工程中难以准确获得钢-STC结构界面脱粘损伤情况的技术难题,在实验室设计并制作了钢-STC组合梁模型,运用压电阻抗法对试验梁负弯矩加载过程进行监测,通过分析阻抗曲线等特征参数,对加载过程中的局部界面脱粘损伤进行识别。结果表明,压电阻抗法能够较好地识别出钢-STC界面脱粘损伤。该研究成果的推广应用,对实时监测运营阶段结构力学性能的动态情况具有很重要意义。     

随机车流下钢-UHPC组合正交异性桥面疲劳性能研究

为获得钢-UHPC组合铺装正交异性桥面板构造细节轮载作用下的响应特征,准确评价随机车流下其疲劳敏感构造细节的疲劳性能,以佛陈扩建西幅桥为例,开展了钢-UHPC组合铺装正交异性钢桥面板全部构造细节的应力监测试验。利用7d连续记录的应力时程和雨流计数法获得了构造细节的应力谱;基于Miner疲劳损伤等效原则计算得到了最大应力幅、等效应力幅及疲劳加载次数。结果表明:当构造细节位于轮载正下方时,通行货车每个车轴将在面板上的构造细节中产生1个应力循环,但其他构造细节只能由每个轴组产生1个应力循环;钢-UHPC组合铺装虽并未改变正交异性钢桥面板构造细节轮载作用下明显的局部效应特征,但增大了正交异性钢桥面板的刚度,使得横隔板弧形切口的面外应力减小;其显著降低了面板上构造细节的应力幅,使得纵肋-面板焊缝构造细节和面板对接焊缝构造细节所记录到的最大应力幅均小于常幅疲劳极限;基于AASHTO规范开展的疲劳评价表明,在当前交通流下,佛陈扩建西幅桥钢-UHPC组合铺装正交异性钢桥面板全部构造细节具有足够的疲劳强度。     

预制拼装钢-UHPC组合桥面板湿接缝抗弯性能研究

纵肋上置并形成PBL剪力连接件的钢-UHPC组合桥面板是一种新型桥面结构。该结构采用预制拼装施工,工厂预制钢-UHPC组合梁段,现场进行施工组装,相邻钢梁通过焊接形成一体,而相邻UHPC桥面板则通过现浇UHPC湿接缝连成一体,湿接缝是其薄弱部位。针对该新型结构其湿接缝相关研究较少的问题,该文以某实际工程为背景,完成钢-UHPC组合桥面板湿接缝足尺模型抗弯性能试验。建立Abaqus有限元模型,并采用试验结果校核有限元模型。在此基础上,进行了湿接缝截面模拟方式、钢面板厚度、UHPC层厚度和燕尾榫角度的有限元模型参数分析。对比美国土木工程师协会（ASCE）、《美国房屋建筑规范》（ACI）以及中国《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）关于构件的刚度计算公式,发现中国规范计算值更接近试验值。基于普通钢筋混凝土梁的抗弯刚度计算公式,结合试验数据进行了参数修正,并用有限元模型结果进行了校核。结果表明：钢-UHPC组合桥面板湿接缝有着优异的延性和刚度;采用摩擦行为模拟湿接缝界面计算成本小且计算效果良好;增加钢板厚度或UHPC层厚度均能有效提高构件刚度和承载力;燕尾榫角度对构件的刚度和承载...     

钢-UHPC连续组合梁抗弯性能试验

为研究钢-超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）连续组合梁的抗弯承载能力,完成了2根大比例缩尺模型的静载试验,包括1根钢-UHPC连续组合梁和1根预应力钢-普通混凝土（Normal Strength Concrete,NC）连续组合梁,对其挠度、应力分布、裂缝发生发展模式及承载能力进行分析,并研究了钢-UHPC连续组合梁的弯矩重分布性能。同时,采用ABAQUS软件中的塑性损伤模型（CDP）进行数值模拟。结果表明：钢-UHPC连续组合梁UHPC板的名义开裂强度为普通组合梁预应力NC板的2.2倍,钢-UHPC连续组合梁的极限承载力约为普通组合梁的1.2倍;UHPC板开裂后裂缝密集、间距小,且以长度较小的微裂纹为主;UHPC板/NC板与钢梁均采用群钉连接,二者相对滑移较小,可有效形成整体共同工作;采用塑性理论计算钢-UHPC连续组合梁的抗弯承载能力,应考虑UHPC的抗拉强度,与现有组合结构规范公式相比,根据所提出方法计算得到的负弯矩区截面抗弯承载力与试验值吻合较好;考虑UHPC抗拉强度后,钢-UHPC连续组合梁负弯矩区塑性铰转动能力降低,弯矩调幅需求及有效弯矩重分布能力均明显下降。     

CFRP斜拉索模态耦合内共振特性

为研究CFRP拉索模态耦合内共振特性,建立了反映拉索面内、外1阶模态耦合作用的二自由度振动模型,该模型考虑了索的垂度、大位移等引起的几何非线性。利用该模型,采用数值方法分析了相同条件下的CFRP拉索和钢拉索在纯平面和非平面荷载作用下的内共振响应,并研究了外激励幅值、阻尼比、初始扰动等对内共振的影响。研究结果表明,当拉索的面内、外频率满足共振条件时,拉索同时发生荷载作用面内的主共振和面内、外的内共振;随着外激励幅值的增大,2种拉索面内、外最大位移增大,当外激励幅值小于一定值时,2种拉索不能发生内共振;随着阻尼比的增大,拉索发生内共振时的最大和稳态振幅呈现减小的趋势,当阻尼比分别增大到一定程度时,2种拉索不能发生内共振;随着初始扰动的增大,拉索的面内、外最大振幅和稳态振幅基本保持不变,但能量从面内传递到面外所用的时间变短;在运动过程中,CFRP索拍频明显高于钢索,其由瞬态振动进入到稳态运动的时间均早于钢索,而最大振幅和稳态振幅小于钢索。     

环境激励下桥梁结构模态识别与损伤检测的新方法

已有的环境激励下模态参数识别的方法对模态频率的识别精度相对较高,而对位移模态的识别则误差较大。本文提出一种利用移动质量块在不同位置时对桥梁的模态频率进行多次测量,用各次测得的频率值确定位移模态的新方法,使得位移模态识别的精度接近频率识别的精度,推导了频率与位移模态关系的理论公式,并给出利用以曲率形式表示的单元模态应变能对结构进行损伤标定的基本方法。最后,通过数值模拟对该方法的有效性进行说明。     

CFRP拉索的非线性参数振动特性

建立了CFRP拉索的非线性参数振动模型，该模型考虑了拉索同时受梁端和塔端激励的状况，并考虑了索的垂度、大位移等引起的几何非线性；利用该模型，对相同条件下的CFRP拉索和钢拉索，采用数值方法分析了频率匹配比、拉索静拉力、激励幅值以及阻尼等因素对拉索参数振动特性的影响。研究结果表明，拉索振动的拍频、幅值与上述因素均有关，且CFRP拉索在参数振动发生几率、参数振动响应等方面优于钢拉索。     

应用移动质量法的结构损伤小波识别方法

为提高结构损伤识别的精度,充分发挥小波识别在特征提取、信号奇异性检测、信号降噪等方面的独特优势,提出采用移动质量多次检测法的结构损伤小波识别方法。该方法采用移动质量块在不同位置对桥梁进行多次测量,利用各次测量的频率值的变量来确定桥梁结构的其他模态参数,从而确定桥梁的局部单一和多处损伤情况。采用数值算例对该方法进行验证,结果显示,对简支梁的单一和多处损伤识别效果明显。     

基于振动信号分析的发动机轴瓦间隙异常诊断

对发动机的主要激励源和传播路径进行了研究,在实验的基础上对测取的发动机轴瓦振动信号在时、频域进行了对比分析,比较了不同轴瓦间隙工况下的振动能量幅值,验证了理论研究的正确性,在此基础上,提出了一种简单有效的诊断方法,能够对发动机的故障进行较准确的诊断。     

基于压电陶瓷的法兰连接中高强螺栓松动损伤监测试验研究

针对法兰连接构件中高强螺栓的松动问题,该文提出基于压电陶瓷的法兰连接中高强螺栓松动损伤监测方法,采用压电波动法对法兰连接中高强螺栓松动损伤进行监测试验研究,两个钢法兰通过4颗高强螺栓连接,在钢管表面预定位置粘贴压电陶瓷片,其中1个作为驱动器发射应力波信号,另外3个作为传感器接收应力波信号。试验包括健康状态、松动1颗、2颗、3颗、4颗高强螺栓共5个工况,法兰连接试件采用横向和竖向两种放置方式。试验中判断螺栓的松动损伤程度分析方法包括时域分析、频域分析以及小波包能量分析。结果表明:随着法兰连接试件之间的紧密性减小,时域、频域信号幅值均逐渐降低,小波包能量也会逐渐减少。     

新型霍尔式轮速传感器简介

根据构造原理的不同,轮速传感器主要分为电磁式轮速传感器与霍尔式轮速传感器2种类型。电磁式轮速传感器输出正弦波信号,而霍尔式轮速传感器输出方波脉冲信号。由于霍尔式轮速传感器能克服电磁式轮速传感器输出信号电压幅值随车轮转速变化而变化,响应频率不高,以及抗电磁波干扰能力差等缺点,因而其被广泛应用于汽车防抱死制动     

声振法检测水泥混凝土路面板纵缝脱空试验与数值仿真分析

为了研究声振法检测水泥混凝土路面板纵缝脱空动力响应,针对水泥混凝土路面板纵缝脱空,采用室内缩尺试验和数值仿真结合的方法,通过传感器采集和分析室内试验中水泥混凝土路面板的应变和振动加速度。同时,结合试验情况建立水泥混凝土路面板纵缝脱空有限元模型,对路面板进行数值仿真分析,并与试验解进行了对比。结果表明:随着水泥混凝土路面板纵缝脱空面积的增大,路面板最大振幅对应的频率逐渐降低,振动时间逐渐延长,板的振动加速度和应变逐渐增大,其中板底应变大于板顶应变,且不同落锤高度也对试验结果有一定影响;纵缝脱空水泥混凝土路面板的最大振动加速度、应变和振动时间明显大于非脱空水泥混凝土路面板,而最大振幅对应的频率小于非脱空路面板;纵缝脱空试验解与数值解对比表明数值解是可行的,二者可以互相验证。     

无切口钢-UHPC组合桥面纵肋-横隔板接头疲劳性能

为解决正交异性钢桥面纵肋-横隔板接头疲劳开裂问题,根据正交异性钢桥面构造特点,提出了一种疲劳性能良好的新型无切口正交异性钢-UHPC组合桥面,能简化制造工艺,提高经济性能。基于ANSYS数值分析平台建立双尺度有限元模型,采用欧洲规范疲劳荷载模型III开展纵桥向移动加载,获得了纵肋-横隔板接头在3种典型横向位置下的轮载热点应力响应曲线。结合轮载作用下的应力云图和变形图,揭示了构造细节力学机理,评估了疲劳性能,并探讨了构造参数的影响。应力响应曲线表明:纵肋-横隔板接头在轮载作用下的应力响应以受压为主,局部效应显著,纵桥向应力影响线短,因而可根据轮载应力响应曲线识别轴组中的单轴。应力云图和变形图表明:构造细节在轮载作用下出现了显著应力集中,因新型桥面横隔板截面削弱较小,横隔板侧应力梯度小于纵肋侧。纵肋-横隔板接头应力最大点均不在纵肋正底部位置,而是与纵肋中心线成一定角度。由于纵肋-横隔板接头与面板距离较大,UHPC层和面板厚度对其疲劳性能改善并不明显。增加横隔板厚度能减小横隔板侧应力幅,但会增加纵肋侧应力幅,横隔板厚度可取10 mm。增大纵肋腹部厚度可有效减小纵肋侧应力幅,16 mm的纵肋腹部厚度可使得纵肋-横隔板接头实现无限疲劳寿命。     

复合道面弯沉特性影响的数值分析及实验验证

对复合式道面芯样进行了马歇尔稳定性试验和劈裂试验,利用有限元分析软件数值模拟了道面材料力性衰退后不同飞机轮载作用下的道面变形,总结了局部脱空对复合道面弯沉特性的影响规律。作为对比试验,进行了震动映像与瞬态面波测试、探地雷达测试和重锤弯沉测试,测试了沥青面层同水泥混凝土基层间的粘结状况、水稳层局部脱空状况及道面结构性能。结果表明,长期使用后材料性能衰退不是影响道面结构性能的主要因素,旧水泥混凝土道面刚度大,对道面抗变形能力起控制作用;但由于沥青混凝土面层性能劣化严重影响了道面功能性,需要进行封层处理;未考虑加铺层与旧道面间粘结状况的数值模拟结果较现场实测结果偏小,解释了重锤测试难以发现位置远、范围小的脱空,反映了局部脱空影响弯沉盆形状变化的内在机理;震动映像与瞬态面波测试、探地雷达测试能直观反应脱空断面深度,是辅助重锤测试的有效手段。     

正交异性钢-UHPC组合桥面板剪力连接件抗疲劳性能分析

以某特大桥为依托,采用有限元方法计算了大桥钢箱梁节段模型中,正交异性钢-UHPC组合桥面板在轮轴荷载作用下其剪力连接件在横桥向间距由原设计的150 mm增加至300 mm时的应力分布特征及应力影响面;基于雨流法和Miner疲劳损伤累积理论,计算了组合桥面板剪力连接件在设计疲劳荷载下的等效应力幅与疲劳累积损伤度。结果表明,优化后的剪力连接件抗疲劳性能满足规范要求。在此基础上,研究了组合桥面板剪力连接件的直径、间距对其疲劳性能的影响,结果表明,栓钉剪力连接件的直径由13 mm增大到19 mm时,剪力连接件的应力幅值及抗疲劳性能基本保持不变;剪力连接件的横向间距由300 mm增加至600 mm,纵向间距由200 mm变为400 mm时,其应力幅值普遍有所增大,但依然满足在大桥设计寿命期内抗疲劳设计使用要求。