基于DIC方法的混凝土结构裂缝开展全局识别与重构

裂缝的全局动态识别对揭示混凝土结构的破坏机理十分重要。为解决传统单点位移及应变测试手段难以实现全局裂缝识别的问题,提出了一种基于数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)对混凝土结构裂缝开展全局识别与重构的方法。通过设置裂缝识别阈值,在DIC位移场中按水平方向逐行逐点识别表征开裂位置的位移突变点,随后对开裂位置两侧位移向量作差得到裂缝水平缝宽,再通过局部最小二乘拟合得到裂缝开展走向,根据水平缝宽与裂缝走向关系得到开裂处实际宽度。对位移场内所有目标点执行上述操作即可实现对裂缝形态的全局识别与动态重构。针对图像噪声问题,通过模拟试验验证了位移场降噪的必要性;采用均方根误差、信噪比与平滑度指标量化分析了不同降噪方法的去噪效果。针对实际工程中最优裂缝识别阈值的选取问题,引入信息熵与相关系数,基于缝宽分布熵值曲线与识别损失相关系数曲线提出了最优阈值的确定方法。最后通过超高性能混凝土加固混凝土梁加载试验进行验证。结果表明：该方法实现了混凝土结构裂缝开展过程的自动测量与可视化展示,与裂缝观测仪的对比测试结果表明缝宽测量误差在0.01 mm以内,满足工程要求。该研究为...     

高速公路路面裂缝识别算法研究

经过研究给出了不均匀光照的路面裂缝图像识别的详细算法。算法采用多窗口中值滤波进行图像平滑,既能去除图像的噪声点,又较好地保留了裂缝的边缘信息;使用背景子集图像插值校正法进行灰度校正,有效地克服了不均匀成像对后期图像分割的影响;采用otsu阈值分割、形态学去噪及连通区域标记完成裂缝图像分割;选用连通区域个数、投影特征和分布密度3个参数完成裂缝分类;最后提取裂缝长度、宽度和破损面积等裂缝参数。实验结果显示分类准确率为94%,线状裂缝长度误差均值为7.2%,宽度误差均值为11.3%,非线状裂缝的面积误差均值为9.6%,表明这一方法有效、可靠。      

高原低气压对道路工程混凝土性能的影响及原因

为研究高原低气压对道路工程混凝土性能的影响,在拉萨（气压约60 kPa）和北京（气压约100 kPa）两地采用相同配合比的道路混凝土分别进行性能对比试验,测试了混凝土含气量、坍落度、强度、NEL法氯离子渗透系数和单面盐冻耐久性等性能指标,进一步测定了引气剂溶液的泡沫体积、表面张力和硬化混凝土孔结构。试验结果表明：在低气压下,引气混凝土的含气量和坍落度分别比常压下降低8%~36%和4%~9%;抗压强度和劈裂抗拉强度分别比常压下降低1.6%~14.8%和1.5%~10.8%;氯离子渗透系数比常压下增加29%~135%;可见低气压下其抗冻耐久性降低。在低气压下,引气剂溶液的表面张力比常压下增加3.0%~4.5%,溶液泡沫体积比常压下降低2%~14%,混凝土内的气体压缩系数比常压下减小,这些原因导致了低气压环境下施工的道路混凝土含气量降低,坍落度减小;与此同时,硬化混凝土平均气孔直径增大6%~18%,气泡间距系数增加45%~92%,最终使得低气压下混凝土强度、抗氯离子渗透性和抗冻耐久性降低。     

低气压环境对混凝土含气量及气孔结构影响研究

通过低气压试验箱模拟高原不同海拔地区气压环境,研究了低气压对引气混凝土含气量及气孔结构的影响.试验结果表明:环境气压的降低将显著削弱引气剂的引气能力,当搅拌气压降低至50 kPa时,混凝土含气量降低约20％～49％;混凝土含气量随环境气压降低呈线性减少,初始含气量越高,随环境气压降低含气量减少速率越大;混凝土塌落度越大,其抵抗因环境气压降低造成含气量降低的能力越强;低气压下搅拌后硬化的混凝土气孔结构参数整体要劣于常压下搅拌的硬化混凝土,具体表现为气泡间距系数偏大,单位体积气泡数量较少,气泡比表面积以及气泡平均直径增大的特点,但总体上看,当混凝土含气量达到一定值后,低气压下硬化混凝土的气泡间距系数可达到在200～300μm之间.     

结构混凝土钻芯法检验评定方法探讨

从20世纪以来,混凝土就已成为房屋建筑、桥梁、水利、公路等现代工程结构的主要材料,混凝土原材料、生产工艺、品质也在持续提升,针对结构混凝土的质量检验评定方法也在不断地进步。然而完美中仍存在不足,常规方法是采用同步成型尺寸为150mm×150mm×150mm的试件标准养护测试其强度,作为结构混凝土的强度判定依据,但试件受制作环境、制作方法、养护条件等因素的影响,仍不能完全体现实际结构混凝土的强度真值。虽然无损方法能做到一定程度的验证,但结构混凝土质量出现怀疑时,仍不能作为评定依据。采用结构上钻芯法检测混凝土强度的方式能直接体现混凝土质量,虽然对结构造成一定的破坏,但该评定方法直接有效且真实可靠。利用某结构混凝土实体芯样强度数据为依据,针对目前国家及行业各种规范中对钻芯检测结构混凝土强度评定的不同要求进行比对分析探讨。     

引气剂对硬化混凝土力学性能与气泡特征参数的影响

对比研究了烷基苯磺酸盐类与皂甙类引气剂对混凝土力学性能和硬化后含气量、气泡间距系数、孔径分布、气泡平均直径等气泡特征参数的影响。结果表明:当新拌混凝土含气量小于6.5%时,随着含气量的增大,混凝土的抗折强度基本不受影响,抗压强度显著降低,混凝土的折压比提高,脆性显著降低,韧性大幅提高;与新拌混凝土的含气量相比,硬化后混凝土的含气量大幅降低;随着混凝土含气量的逐渐增加,硬化后混凝土的气泡间距系数减小,气泡平均直径降低,气泡总数提高。另外,烷基苯磺酸盐类引气剂比皂甙类引气剂的稳泡性能更好,可使硬化后的混凝土气泡结构更优。     

基于胶凝材料颗粒匹配的隧道喷射混凝土配合比优化设计

胶凝材料颗粒匹配所造成的差异会影响胶凝材料间的空隙,进而影响混凝土的力学性能和耐久性。依托实体工程,采用激光粒度分析仪分析水泥、粉煤灰和矿渣的粒径分布情况,以净浆流动度、坍落度和扩展度表征净浆和混凝土的工作性,对粉煤灰和矿渣的颗粒匹配进行评价。对硬化浆体水化产物的微观形貌和化学组成进行分析,对混凝土强度进行测试,基于胶凝材料颗粒匹配对喷射混凝土性能影响的结果,对喷射混凝土配合比进行优选。结果表明：在其他条件一定的情况下,粉煤灰∶矿渣为1∶3时,其流动性能最好,表现出良好的力学性能。粉煤灰∶矿渣为3∶1时净浆流动性能最差,试件的强度最低,同颗粒匹配的混凝土试件强度也得出了相似的试验结果。微观形貌测试佐证了净浆流动度和强度的试验结果。综合考虑流动度和强度试验结果,粉煤灰∶矿渣为1∶1时,胶凝材料的颗粒匹配度好,可视为最优配合比。     

机场道面钻芯劈裂强度的尺寸效应系数

通过对比相同配合比下的室内标准模制圆柱体混凝土试样与现场试验板钻芯标准芯样之间的劈裂强度,探讨了钻芯取样测试对劈裂强度的影响;通过对不同长度芯样的劈裂强度进行对比,研究了试样长度对芯样劈裂强度的影响规律。结果表明:由于钻芯过程产生的损伤及试验板与模制圆柱体试件的混凝土拌和、振捣、养护条件不同,导致钻芯法测得的混凝土劈裂强度相比室内试验降低15.7%;另外由于圆柱体试件的长度增加,混凝土试件的受力平面也随之增大,平面内存在的微裂缝、微孔洞的数量也会随之增多,导致随着试样长度的减小,测得的试样劈裂强度逐渐增大。最终得出国内某通用机场新建飞行区工程的劈裂强度与长度的修正系数。     

非发泡型高聚物与混凝土基体锚固性能研究

为探讨非发泡型高聚物注浆材料在岩质基体中的锚固性能,以非发泡型高聚物和不同强度的混凝土空心圆柱筒为研究对象,采用中心拉拔模型试验,对高聚物锚固体与岩体界面间的黏结性能进行试验研究,并通过ABAQUS有限元软件对不同锚固长度下的极限拉拔力进行模拟计算。结果表明:1)锚固长度及锚固体直径对界面黏结强度有较大影响,且锚固长度的影响更为显著;2)当混凝土基体强度不大于30 MPa时,滑移面发生在基体一侧,且界面黏结强度随混凝土基体强度的增大而增大; 3)拉拔力对黏结强度的分布规律也有较大影响,随着拉拔荷载的增加,黏结强度由随着锚固深度的增加而减小,向随着锚固深度的增加先增大后逐渐减小过渡; 4)ABAQUS有限元软件可以很好地模拟不同荷载作用下轴力及界面黏结力的分布及传递规律。     

植石水泥混凝土路面噪声特性分析

为了分析植石水泥混凝土路面噪声特性,采用轮胎加速下落法测试不同纹理水泥混凝土路面噪声水平,在此基础上分析了其1/3倍频程谱分布特性,同时还分析了纹理深度、轮胎速度对植石水泥混凝土路面噪声特性的影响。研究结果表明:大孔隙路面结构降噪效果更佳,植石水泥混凝土路面降噪特性要明显优于其他普通类型水泥混凝土路面;植石水泥混凝土路面噪声水平随其构造深度增大呈现先减小后增大的趋势,在构造深度为1.7mm左右时噪声水平最低;轮胎速度越高,空气泵吸作用和轮胎振动作用越明显,植石水泥混凝土路面轮胎/路面噪声水平也就越高。     

硬化混凝土气泡特征参数与冻融耐久性的关联分析

为了有效评价在役桥梁、码头等结构构件的混凝土冻融耐久性,选择能够表征硬化混凝土冻融耐久性的气泡参数并确定相应指标,对硬化混凝土的气泡间距系数、含气量、气泡密度、平均直径及比表面积等特征参数,与快速冻融试验得到的耐久性系数及质量损失之间的关联性进行系统研究.对85组混凝土试件进行了耐久性系数及硬化混凝土气泡参数的测试,建立了相应的关联模型,并用另外45组硬化混凝土的参数进行了验证.研究表明:气泡间距系数及气泡密度与混凝土冻融耐久性之间均存在较大的模糊范围,硬化混凝土含气量存在一个明确的阈值,气泡密度与气泡间距系数之间具有良好的相关性.用建立的相关模型预测混凝土的气泡间距系数,偏差均在±10％以内,可用其预测配合比不确知的实体混凝土气泡间距系数.     

新旧混凝土组合试件收缩性能的试验研究

为研究新旧混凝土组合结构的约束收缩性能,以构件尺寸和结合面处理方式为试验参数设计制作了9组共27个试件,分别进行了自由收缩和约束收缩变形测试。结果表明:新旧混凝土间的约束作用使组合试件新混凝土自由边处受压、结合面处受拉;与自由收缩试件相比,新旧混凝土组合试件中新混凝土自由边处应变值较自由收缩增大约12%,结合面处降低约48%;试件理论厚度由50mm增大至200mm时,结合面仅凿毛处理组合试件新混凝土自由边处的收缩应变由自由收缩应变的1.05倍增大至1.19倍、结合面处由0.64倍减小至0.48倍,结合面凿毛+植筋试件相应地在自由边处由1.14倍增大至1.22倍、在结合面处由0.53倍减小至0.46倍。     

HLS增效剂对混凝土力学性能与耐久性的影响

研究了HLS混凝土增效剂对C40混凝土力学性能和耐久性能的影响,并通过化学结合水和压汞仪测试研究了掺HLC增效剂的水泥的水化程度和孔结构。结果表明:HLS混凝土增效剂有利于提高混凝土的力学性能和耐久性能,掺0.6%HLS可弥补混凝土中因降低10%水泥用量而引起的力学性能及耐久性能的降低,且HLS混凝土增效剂的掺入提高了水泥的水化程度,降低了硬化浆体的孔径尺寸及孔隙率。     

玄武岩纤维增强混凝土力学性能试验研究

玄武岩纤维是玄武岩经高温拔丝生产的新型建筑材料,将玄武岩纤维应用到公路工程中可提升结构强度。通过将3种不同长度的玄武岩纤维（12,18,24 mm）以不同掺量（0.1%,0.2%,0.3%）加入到混凝土中进行力学性能研究,结合抗压强度、劈裂强度、弯曲抗拉强度、轴心抗压强度对混凝土性能进行分析,结果表明:纤维长度为18 mm,纤维掺量为0.1%时可保持混凝土强度处于较高水平。     

非对称钢-混混合梁桥关键技术研究

为给多跨非对称钢-混混合梁桥设计与施工提供参考,以一座4跨非对称钢-混混合梁桥——龙翔大桥主航道桥为背景,采用有限元软件建立该桥杆系结构有限元模型,分析不同合龙顺序、钢箱梁长度对该桥成桥后线形和内力的影响,以及9个关键参数对预拱度及合龙口纵向变形的影响。结果表明：合龙顺序对成桥线形和内力的影响较小,该桥采用2个中跨依次合龙的施工顺序;各墩墩顶负弯矩绝对值和中跨跨中挠度随钢箱梁长度与中跨跨径之比k₁增大而呈线性减小,该桥k₁最终取0.371,中跨钢箱梁长75 m;钢箱梁自重和主梁混凝土弹性模量对预拱度影响较大,前者变化6%、后者变化10%时预拱度变化值分别约为15 mm和13 mm;环境温度对合龙口纵向变形影响较大,环境温度变化10℃时合龙口纵向变形变化12 mm。施工控制时应严格控制钢箱梁自重、主梁混凝土弹性模量,确保按设计温度合龙。     

碳纤维增强混凝土的单轴拉伸特性

试验研究了碳纤维增强混凝土在单轴拉伸荷载下的力学性能.试验发现:当纤维体积掺量为0.1%时,纤维混凝土的抗拉强度比基准混凝土提高11%,极限拉伸应变提高24%,断裂能提高47.8%.纤维混凝土特征长度增加,即纤维混凝土脆性降低.试验证明:碳纤维具有良好的阻裂性能,增强了硬化混凝土的抗裂性能.     

基于模态识别的短索索力识别方法

为了研究在未知边界条件与抗弯刚度下短索索力的识别方法,在整理经典索力计算公式的基础上,分析了拉索模态振型特征,采用随机子空间法与曲线拟合技术,提出了基于结构模态的短索索力识别方法,并进行了数值模拟与实验室短索的索力测试,以验证该方法的有效性。数值模拟结果表明:在理想条件下,除二阶模态外,曲线拟合得到的各阶参数识别误差均在0.5%以内;除一阶与二阶模态联立的情况外,由一阶模态与其他阶模态联立方程组求得的索力误差均在1.2%以内。实验室短索索力测试结果表明:弦模型已不适用于该试验索的索力识别,而采用梁模型并经过修正后,其索力识别误差为1.02%。针对试验索,将基于模态识别索力方法与经典索力测试方法进行对比分析,结果表明:由于经典测试方法面临着选取计算长度与抗弯刚度的难题,计算长度或抗弯刚度的选取不当会造成索力识别误差过大,因此,经典测试方法不适用于短索索力识别。综上所述,基于结构模态的短索索力识别方法能够避开计算长度与抗弯刚度的选取难题,提升了短索力测试的精度,能够满足工程测试的需要。     

基于无人机及Mask R-CNN的桥梁结构裂缝智能识别

桥梁结构表面裂缝检测为桥梁状态识别、病害治理、安全评估提供了重要状态信息和决策依据。为解决传统人工检测方法存在的危险性高、影响交通、费用昂贵等问题,提出基于无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）及深度学习的桥梁结构裂缝智能识别方法。采用大疆M210-RTK多旋翼无人机进行贴近航摄,获取桥梁结构混凝土表面高清图像;利用SDNET裂缝数据集等图像资源,制作1 133张标记裂缝精确区域的深度学习训练样本图像库;引入掩膜区域卷积神经网络（Mask R-CNN）深度学习算法,训练和建立Mask R-CNN裂缝识别模型;基于Mask R-CNN裂缝识别模型,采用矩形滑动窗口模式扫描混凝土表面高清图像,实现裂缝自动识别和定位。构建包含图像二值化、连通域去噪、边缘检测、裂缝骨架化、裂缝宽度计算等流程的图像后处理方法,实现裂缝形态及宽度信息自动获取。通过精度验证试验,证实采用M210-RTK无人机+ZENMUSE X5S相机+45 mm奥林巴斯镜头的组合装备,当无人机至桥梁结构表面垂直距离为10.0 m时,无人机方法识别的裂缝宽度与裂缝测量仪结果吻合,其绝对误差小于0.097 mm,相对误差小于9.8%。将该无人机裂缝检测方法应用于高136.8 m长沙市洪山大桥桥塔表面裂缝检测,采用深度学习Mask R-CNN算法进行裂缝智能识别,其裂缝识别准确率和召回率分别达到92.5%和92.5%。研究结果表明：无人机桥梁裂缝检测方法可实现高耸桥梁结构表面裂缝的远程、非接触、自动化检测,具有重要的科学研究和工程应用价值。     

内衬混凝土对波形钢腹板组合梁桥力学性能的影响

为了解设置内衬混凝土波形钢腹板组合梁桥的剪切性能、轴向性能、弯曲性能和稳定性能及内衬混凝土参数对其力学性能的影响,以某三跨波形钢腹板组合连续箱梁桥为背景,采用ANSYS软件建立空间有限元模型,分析设置内衬混凝土后波形钢腹板组合梁桥的结构挠度、轴向应力、剪切应力、弯曲性能和稳定性,研究内衬混凝土的长度、厚度变化对结构稳定性、轴向性能及弯曲性能的影响,并给出内衬混凝土的合理长度与厚度建议。结果表明:内衬混凝土能显著降低支点区域波形钢腹板的剪应力和预应力施加效率,提高结构稳定性能;混凝土桥面板压应力随着内衬混凝土长度和厚度的增加而减小;实桥设计时,建议内衬混凝土长度不小于中支点梁高,厚度最大不小于0.07倍中支点梁高,最小满足混凝土浇筑及构造要求。     

玄武岩纤维筋与高强纤维混凝土粘结性能及本构模型研究

为了研究玄武岩纤维筋与高强玄武岩纤维混凝土的粘结性能,选用直径分别为10mm、14mm和18mm的玄武岩纤维筋埋入边长150mm的立方体试块中,玄武岩纤维筋与混凝土的中心粘结长度分别为40mm、70mm和100mm,混凝土中短切纤维丝的体积掺量分别为0％、0．1％、0．15％和0．2％。通过改变BFRP筋的直径、锚固长度以及纤维掺量,研究高强玄武岩纤维混凝土与玄武岩纤维筋的粘结性能。试验结果表明：平均粘结强度随锚固长度的增大而降低,随玄武岩纤维筋直径的增大而减小;通过三种纤维掺量比较,当纤维掺量为0．2％时,粘结强度最为理想。二者的粘结滑移本构模型符合连续曲线模型。