用于路面结构监测的光纤光栅应变传感器试验研究

为了测量路面结构的应力与位移,设计了一种用于路面结构应变监测的光纤光栅应变传感器。首先将裸光栅粘贴于土工塑料格栅表面并进行了封装。利用土工格栅与沥青混合料变形的协调性,使光栅与格栅达到共同变性,从而可以对沥青路面结构层层底应变进行监测。封装成型后利用万能试验机对传感器进行张拉标定,光纤光栅传感器的灵敏系数标定结果为1.04 pm/με与裸光栅的灵敏系数相近,其性能可以满足道路监测需要。将标定过的传感器埋入AC-16沥青混凝土中,进行车辙试验,结合ABAQUS有限元仿真,验证了传感器的可靠性。试验结果表明,传感器性能良好,能够满足路面结构监测的使用要求。     

基于空心铝合金悬臂梁的FBG压力解调的研究

本文提出一种粘贴于铝合金空心悬臂梁的匹配光纤布拉格光栅。将FBG粘贴在悬臂梁上表面距中心轴距离附近。理论分析了FBG中心波长相对偏移量与压力的关系。实验测得将匹配光纤布拉格光栅粘贴也特殊悬臂梁后其压力灵敏度为0.002025 nm/g,是FBG压力灵敏度系数的十分之一。正是这种对外界压力的低灵敏度使得匹配光栅能更精准的跟踪传感光栅中心波长变化。     

利用光纤应变传感器测试沥青路面结构应变方案设计

利用光纤传感器对3种路面结构形式的应变进行测试,由于无相关的资料可以参考,本次测试从传感器组的设计,配重的选择,荷载的标定,传感器组的埋设方法,传感器组埋设后路面的压实,动、静载的测试方案设计以及轮胎直接加载和承载板加载方案设计等方面进行了尝试,从目前的测试和分析结果来看基本达到了测试要求。同时由初步的对比分析,目前路面结构的力学设计方法的计算结果与测试数据相差较大,无法反映路面的真实受力情况。     

白光干涉型光纤应变传感器在砼结构中的应用研究

针对混凝土结构施工和长期安全监测的要求,研制出一种适用于混凝土结构长期健康监测的埋人式白光干涉型光纤应变传感器。将所研制的光纤应变传感器埋人到混凝土模型梁内部,进行了静载试验和疲劳试验。试验结果表明：所研制的埋人式白光干涉型光纤应变传感器具有良好的线性度、灵敏度。经过200万次的疲劳试验后传感器仍性能稳定,完全能够满足混凝土结构长期应变监测对传感器的性能要求。     

基于GFRP-OFBG筋的桥梁缆索索力测量技术研究

基于内嵌光纤Bragg光栅传感器的光纤光栅．玻璃纤维增强塑料复合筋（GFRP—OFBG筋）,研究了GFRP-OFBG筋自身的应变和温度传感特性,研究结果表明,GFRP—OFBG智能筋具有优异的线性传感性能,筋中光栅测量的应变极限达12000με以上,波长变化达14nm;对于用GFRP-OFBG筋替换普通钢绞线的中丝而得到的GFRP-OFBG智能钢绞线,进行了应变传感、温度敏感和钒绞线松弛试验,试验结果表明,GFRP—OFBG智能钢绞线具有优异的线性传感性能和较低的应力松弛率,并可实现钢绞线受载全过程监测,绞线中光栅测量应变极限为11568．2με,光栅波长变化为15．966nm;对直接增加GFRP—OFBG筋制成的光纤光栅平行钢丝智能索和直接增加GFRP-OFBG智能钢绞线得到的光纤光栅平行钢绞线智能索,进行荷载传感试验,试验结果表明,智能索的感知线性度和重复性都比较好,并可监测70％以上公称破断索力。智能索工程应用案例表明,GFRP—OFBG筋智能拉索在实际工程中很容易得到车辆荷载下的响应曲线。     

基于FBG的沥青混合料横向流动变形评价

为了分析沥青混合料横向流动变形, 进行了沥青混合料的车辙试验, 利用布设于沥青混合料板表面的光纤布拉格光栅传感器, 研究了沥青混合料表面的横向应变规律; 以最大应变和蠕变稳定阶段横向应变速率绝对值为评价指标, 分析了沥青混合料横向流动变形。分析结果表明: 横向流动变形随沥青混合料的最大应变和横向应变速率绝对值的减小而降低; 横向流动变形在循环轮载作用下不断发展, 测试点距离轮载愈近其流动变形愈剧烈; 当胶粉掺量分别为0、15%、18%时, 距离轮载63 mm的测试点横向应变速率分别为6.8×10-6、4.0×10-7、6.4×10-6 min-1, 因此, 掺15%胶粉的沥青混合料具有较大的抵抗高温横向流动变形的能力; 对于15%胶粉掺量的沥青混合料, 当其集料级配分别为AC-13粗级配和AC-13细级配时, 距离轮载28 mm的测试点横向应变速率分别为6.0×10-7、7.7×10-6 min-1, 因此, AC-13粗级配沥青混合料高温抗横向流动变形能力优于AC-13细级配; 胶粉改性沥青混合料最大应变为1.96×10-4, 而胶粉和抗车辙剂复合改性沥青混合料最大应变只有1.22×10-4, 说明在高温情况下, 胶粉和抗车辙剂复合改性沥青混合料整体结构强度较大, 能够承受来自轮载的直接作用而不向轮迹两边产生横向推移致使发生较大的横向流动变形。基于光纤布拉格光栅横向应变的沥青混合料横向流动变形评价能较好地说明不同材料和级配对沥青路面产生侧向流动变形规律的影响。      

大粒径沥青碎石基层路面力学性能试验研究

为了研究柔性基层沥青路面的力学性能,在某新建高速公路上铺筑了含ATB-30大粒径沥青稳定碎石柔性基层的沥青路面试验路,全长600 m,按不同路面结构分为A,B,C三段.在试验路的沥青层中不同深度处分别埋设光纤光栅应变传感器.通过承载板进行了现场静载荷试验,用载重大货车以不同的速度通过应变传感器埋设断面完成了动载试验.记录了在动、静载作用下沥青层内的纵、横向水平应变随深度的分布规律.试验结果表明,大粒径ATB柔性基层与半刚性基层的变形协调性较好,可以减少反射裂缝和避免或降低车辙发生的几率.     

基于MIDAS应变与挠度校验系数的对比分析

为了研究应变校验系数和挠度校验系数的精确性,以连续箱梁为研究对象建立了MIDAS-CIVIL模型,在相同加载状况下分别计算得出均匀截面和突变截面两种情况下测试截面的应变和挠度值,并将两种情况下的数值进行对比分析,结果发现在前后两种情形下应变值没有发生变化,而挠度值变化较大。表明挠度校验系数更为精确,其结论可为梁桥荷载试验中应变校验系数与挠度校验系数不协调而需做出取舍时提供理论依据。     

基于路面加速加载的沥青路面疲劳损伤预估模型标定方法

为提高工程应用中沥青路面疲劳损伤预估模型的可靠性，提出了一种结合小型试件试验与足尺路面加速加载试验的模型标定方法；基于路面疲劳损伤发展特征分析，提出采用非线性增量递归法的沥青路面累积疲劳损伤分析方法，适用于疲劳损伤预估模型由小尺寸试验向足尺试验条件的转移与外推；基于小尺寸试件试验疲劳寿命预估模型构建了足尺沥青混合料层疲劳损伤预估模型，利用疲劳寿命预估模型转移方程实现足尺路面加速加载条件下的疲劳损伤预估；为确定模型转移方程，提出了基于路面加速加载试验的疲劳损伤标定方程，推导了疲劳损伤预估模型待定系数标定方法；利用重型荷载模拟器实施了级配碎石组合式基层沥青路面足尺试验路段加速加载试验，结合路面钻芯试样动态模量与四点弯曲疲劳试验，标定和验证了沥青混合料层的疲劳损伤预估模型。研究结果表明：非线性增量递归法可考虑材料非线性、性能衰减和加载历史对结构层疲劳损伤累积的影响，符合实际路面疲劳损伤发展规律；利用标定确立的疲劳损伤预估模型可以预测试验路不同加载区间沥青混合料层的累积疲劳损伤，50%和90%的预测值相对实测结果的误差分别小于3.1%和20.0%,表明该预估模型具有一定可靠性；提出的模型标定方...     

基于声发射技术的钢桥面板疲劳损伤监测与评估

采用多种监测技术融合手段, 对正交异性钢桥面板开展了疲劳损伤监测与评估, 包括足尺正交异性钢桥面板节段模型疲劳试验与某公路斜拉桥正交异性钢桥面板运营阶段的疲劳损伤监测; 在正交异性钢桥面板疲劳试验中, 综合采用了美国物理声学(PAC)声发射(AE)传感器、智能锆钛酸铅压电漆(PZT)传感器和应变片进行了粘贴钢板冷加固前后的疲劳裂纹监测; 对处于运营阶段的斜拉桥钢桥面板疲劳开裂区域, 采用了粘贴角钢的冷加固方法进行加固, 并对加固前后的桥梁结构开展了AE监测和应变监测以研究疲劳裂纹状态与检验冷加固方法的效果。疲劳试验与监测结果表明: PAC的AE传感器和智能PZT传感器能有效捕捉具有突发峰值与快速衰减特征的疲劳扩展信号, 二者的协同应用实现了疲劳裂纹智能感知, PAC的AE传感器组能实时捕捉纵肋上的疲劳裂纹扩展长度和方向; 粘贴钢板冷加固后, 应力水平稳定在64.8 MPa, 直到继续循环加载至512万次仍无疲劳裂纹扩展, 验证了正交异性钢桥面板粘贴钢板疲劳冷加固措施的良好加固效果; 在疲劳试验过程中, PAC的AE传感器和智能PZT传感器监测疲劳裂纹扩展结果一致性良好, 与应变片相比可实时捕捉更丰富的疲劳裂纹动态信息。对运营阶段正交异性钢桥面板疲劳监测与评估结果表明: 加固前AE监测结果峰值能量是加固后峰值能量的5倍, AE累积信号由加固前的密集分布改变为加固后的稀散分布, 表明加固后的钢桥面板疲劳裂纹处于稳定状态; 随着加载车辆行驶通过, 冷加固后的疲劳裂纹尖端应力峰值降低40%至50%;对比加固前后的24 h疲劳应力连续监测结果, 疲劳细节附近应变片的应变水平从加固前的78 MPa下降至加固后的48 MPa; AE信号峰值能量、AE累积信号和应力水平的监测结果均证明了冷加固技术对正交异性钢桥面板疲劳开裂加固的有效性。      

钢-混凝土组合试件长期推出试验与有限元分析

采用推出试验和有限元方法研究了采用不同剪力连接件的钢-混凝土组合试件的界面长期滑移和应变发展过程; 参考Eurocode 4中推出试验标准试件, 设计了2组试件用于长期推出试验; 分别采用栓钉和PBL作为剪力连接件, 采用螺杆施加长期荷载, 测试了长期加载过程中的界面滑移、混凝土应变和钢梁应变; 同步加载测试了150 mm×150 mm×300 mm的混凝土试块的长期变形, 并以此变形计算混凝土徐变系数; 对比了徐变模型对计算结果的影响, 并讨论了不同混凝土徐变模拟方法。研究结果表明: 界面滑移和混凝土应变在加载初期增长较快, 加载120 d后达到稳定状态; 栓钉试件和PBL试件的最大界面滑移分别为0.162和0.068 mm, 最大值均位于界面底部; 栓钉试件和PBL试件的混凝土最大应变分别为7.30×10-5和1.34×10-4, 最大值均位于混凝土板底部; 钢梁应变在整个试验过程中基本保持稳定, 未出现明显的应力重分布, 栓钉试件和PBL试件的钢梁最大应变分别为3.7×10-5和6.5×10-5, 最大值均位于钢梁顶部; 混凝土徐变是影响钢-混凝土组合试件长期性能的主要因素, 不同混凝土徐变模型计算所得混凝土徐变系数与测试值的偏差为60%~140%, 说明混凝土徐变模型对有限元结果影响显著; 采用指数函数拟合混凝土徐变系数测试结果的拟合误差为2.4%, CEB-FIP90模型计算所得混凝土徐变系数在加载后期与测试值的误差为3.71%, 建议无法实测时可采用CEB-FIP90模型计算混凝土徐变系数。      

考虑时间间歇效应的粉土动力特性

列车荷载是揭示路基真实动力响应特性的前提，以往的动三轴试验将列车荷载视为连续动荷载，忽略了追踪列车间隔时间对路基土体动力特性的影响. 利用室内动三轴仪对粉土开展了连续加载和间歇加载（连续加载与间歇交替循环）的动三轴试验，分析了两种加载方式下粉土超孔隙水压力、回弹模量、累积塑性应变等的发展规律. 研究结果表明:持续动荷载作用下累积的超孔隙水压力在间歇阶段会发生消散，轴向应变在间歇阶段得到一定程度恢复，进而提高了试样抵抗变形的能力；室内动三轴试验忽略间歇效应将高估列车动荷载作用下试样超孔压和塑性应变的累积量及发生破坏的可能性；间歇加载下试样的永久变形行为可依据安定理论划分为塑性安定、塑性蠕变和增量破坏.      

燃烧炉法测定沥青含量修正系数的试验研究

通过对相同矿料级配,不同的标准沥青含量、沥青种类以及填料种类进行燃烧炉修正系数的试验研究,得出沥青含量修正系数与标准沥青含量的变化没有一致的规律性,但是与不同的沥青种类和填料种类有关系。试验检测过程中不能直接套用相似工程经验的修正系数,应严格按照试验检测方法对每种沥青混合料进行沥青含量修正系数的标定。     

地锚式悬索桥主缆锚固系统疲劳性能试验

主缆锚固连接器在承受主缆成桥索力的同时仍需承受疲劳荷载作用,为了掌握其在桥梁设计荷载作用下疲劳性能,结合电阻应变、光纤光栅测试技术及磁粉探伤技术,对原型主缆锚固连接器组件开展200万次疲劳荷载性能试验检测。试验检测结果表明:经过200万次循环荷载作用,连接器组件中连接器平板、索股锚头表面状况良好;连接器组件中MJ68拉杆静力、疲劳性能无明显变化;连接器组件完好未发生疲劳破坏,可以满足实际工程桥梁的使用要求。     

钢筋混凝土模型梁制作、加载与破坏试验研究

大型钢筋混凝土梁,制作过程复杂,材料用量大,进行破坏试验,成本较高。提出一种通过制作钢筋混凝模型梁,研究其破坏特性的研究方法。本次试验过程中,制作超筋梁、适筋梁和少筋梁模型各3根,通过标准制作养生过程成形水凝混凝土模型梁,并对模型梁进行了破坏试验。实验中利用位移计、纸基应变片及加载设备自带传感器对实验过程中的数据进行全方位实时采集。试验得到模型梁在不同加载方式下的破坏形态,为分析大型水泥混凝土梁的破坏提供了一种切实有效的途径。     

基于应变响应测量弓网接触力的新方法

弓网动态接触力是评估弓网受流质量、接触网状态和滑板磨耗情况、诊断接触网局部缺陷的关键参数。考虑现有接触力检测方法存在的不足与缺陷,提出了一种基于光纤应变传感器测定接触力的方法.首先对受电弓弓头进行结构简化,分析了弓头集中力与应变响应的关系,建立了新的弓网接触力计算模型;其次,基于弓网混合模拟实验台进行了静态实验,验证了响应关系线性假设并对滑板等效刚度和等效长度进行标定,以及多组动态加载实验验证测量方法的有效性,并借助仿真进一步验证其高频工况的可靠性;最后,对惯性力修正前后的接触力测量结果与实际接触力进行了对比实验.研究结果表明:惯性力对接触力的贡献随频率的增加而增大,不考虑惯性力情况下,10Hz时接触力最小值和最大值的测量误差分别达26.57%和11.13%,已不可忽视;修正后接触力测量值与实际值能较好的吻合,最小值和最大值的测量误差降为3.12%和1.54%,测量误差小.     

传感器智能芯片与阵列光纤对接平台运动顺序优化

从运动平台空间运动可能存在的720种运动顺序配置入手, 针对智能芯片与阵列光纤对接过程各运动单元产生的几何误差进行敏感性分析, 通过区分和归类各运动单元的敏感误差和不敏感误差, 将运动平台运动顺序配置数减少到90;考虑到运动平台各运动单元具有均匀分散、齐整可比的特性, 运用正交试验设计方法将敏感误差和不敏感误差确定为3个水平, 将6个运动单元确定为6个影响因素, 建立了对应的正交试验表, 得出了5条运动顺序配置的试验路径; 借助MATLAB仿真平台对5条运动顺序配置的试验路径进行了仿真试验, 获得了运动平台运动顺序最优配置; 在封装系统多自由度精密运动平台上进行了实测试验, 检验了仿真试验结果。试验结果表明: 传感器智能芯片与阵列光纤对接的运动平台在空间直角坐标系中最优的运动顺序为先沿横轴平动, 再绕横轴转动, 再绕纵轴转动, 最后沿纵轴平动; 该方法可优化光纤扫描雷达传感器智能芯片与阵列光纤对接的运动平台的空间运动顺序, 还可预测和规划其他多自由度运动平台的配准路径。      

岩溶区桥梁桩基承载力试验与合理嵌岩深度

为研究岩溶区桥梁桩基的承载特性, 依托平顶山市西斜立交桥实体工程, 进行了桩基静载试验, 通过在桩端和桩顶布设应变传感器和位移计, 测得了桩身内力, 分析了岩溶区桥梁桩顶荷载(Q)-沉降(s)规律; 考虑现有桩基设计的局限性, 结合静载试验结果, 采用不同函数模型预测了单桩竖向极限承载力; 基于岩-桩体系宽梁力学模型和溶洞顶板拉-弯破坏模式, 探讨了桩基嵌岩深度的计算方法, 提出了一种适于岩溶区桥梁桩基嵌岩深度的优化方法。研究结果表明: 各级荷载作用下桩基Q-s曲线呈缓变型发展, 当桩顶荷载较小时, 曲线基本呈线性, 当桩顶荷载大于6 000 kN时, 曲线逐渐变为非线性, 虽然桩已嵌入灰岩较深, 但仍表现为典型的摩擦桩承载性状, 当加载到8 400 kN时, 桩顶沉降为3.69 mm, 远小于0.03D (D为桩径) 或40mm的破坏标准, 桩端阻力为122.9 kN, 仅占桩顶荷载的1.6%, 桩的承载力尚有富余; 在静载试验全过程中, 桩的受力状态处于Kulhawy理论的第1阶段, 桩侧阻力和桩端阻力同步发挥; 双曲线模型拟合精度在0.99以上且预测值偏安全, 建议在同类工程中优先考虑采用; 在同时满足溶洞顶板安全厚度和桩基承载力与稳定性要求的前提下, 采用提出的计算方法可使桩的嵌岩深度减小2.4 m。      

砌体剪压复合强度的试验研究

为避免现有砌体结构剪压复合作用下较为繁琐的双向控制强度测试模式，采用一种以单向加载替代传统双向加载的改进试验装置，借助试件角度旋转获取了不同应力比下砌体剪切滑移破坏、受拉破坏、受压破坏3种破坏形态；通过数值分析对试验现象进行对比验证，揭示了不同剪压复合应力状态下砌体抗剪强度的破坏规律；以0.2和0.6为界限采用三段式剪压相关曲线构建出不同应力条件下剪压复合强度破坏准则，以0.2为界限提出了砌体剪压复合受力状态下材料应力应变关系. 结果表明:改进试验方法简捷高效误差小，理论计算与试验结果之比的均值为1.07，变异系数为0.180；试验结果丰富了砌体材料本构关系，可为砌体结构破坏准则的完善与数值分析模型的构建提供理论依据.      

氯盐环境下预损伤UHPC-HPC组合梁抗弯性能

为了提高普通钢筋混凝土梁的耐久性,设计了一种超高性能混凝土(UHPC)-高性能混凝土(HPC)组合梁新型结构,开展了锈蚀后UHPC-HPC组合梁的抗弯性能试验,研究了氯盐侵蚀后组合梁抗弯承载力降低的机理,分析了腐蚀程度、截面形式与预损伤对其抗弯性能的影响;引入钢筋屈服强度折减系数、截面积折减系数与混凝土预损伤系数,提出了锈蚀后UHPC-HPC组合梁抗弯承载力计算方法,并验证了计算方法的可行性。分析结果表明：锈蚀后梁体抗弯承载力降低主要原因为钢筋抗拉强度下降,梁体刚度退化与韧性减弱,钢纤维阻裂效果削弱;锈蚀后UHPC-HPC组合梁的破坏表现为跨中附近出现1条主裂缝或加载点附近出现2条主裂缝;UHPC-HPC组合梁的受力过程分为线弹性、裂缝发展和屈服3个阶段,梁体截面混凝土应变基本符合平截面假定;侵蚀时间越长,组合梁的开裂荷载和承载力降低越大,通电快速侵蚀10 d时,降幅分别达16.2%和10.9%;锈蚀后T形梁比矩形梁开裂早,前者的开裂荷载比后者降低8.1%,后期刚度下降较快;预损伤显著影响梁的整体刚度,预加载后梁的整体刚度降低,混凝土损伤后的预损伤系数为0.984;锈蚀率越大,钢筋的屈...