基于分布式光纤传感技术的钢筋混凝土结构损伤诊断的试验研究

摘要

本文在对大量实际工程中结构损伤特点调研及分析的基础上，总结了退化钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀程度与结构剩余承载力的关系。对已发生钢筋锈蚀的钢筋混凝土结构的粘结性能以及钢筋本身的力学性能进行了试验研究。通过分析锈蚀钢筋的周边应变变化，进一步反推钢筋的锈蚀的位置及分布状况。具体如下： 1)实际工程调研：参加了一系列已有损伤的钢筋砼建筑结构的健康检测，对结构中受力钢筋的损伤状况进行了调研，理论分析了混凝土梁钢筋局部锈蚀时，该区域钢筋和混凝土之间的粘结应力分布状况。为试验模型的设计奠定了基础。 2)试验研究：试验模拟钢筋混凝土中钢筋部分锈蚀梁，分步施加荷载，运用先进的布里渊光时域分析计数器探测其钢筋周围混凝土在各荷载步下因为锈蚀而产生的应变变化，并和无损伤钢筋混凝土梁的信号进行比较，发现由于锈蚀的存在，每一根光纤所得到的应变曲线都和无锈蚀的试件有很大的不同。 3)计算机非线性分析：在试验研究的基础上，对试件进行了非线性有限元分析，获得了构件在分步荷载作用下混凝土裂缝分布图、应力云图、应变云图及各路径应变分布图、挠度值等。将数值模拟结果与试验结果进行了比较，模拟结果和试验结果基本吻合。 4)工程应用：在上述研究的基础上，结合实际工程，提出了钢筋局部锈蚀的混凝土梁的承载力计算公式。研究认为，基于BOTDA技术的光线传感技术所获得的应变信息能准确地反映锈蚀的位置和分布区域，并作为构件承载力判断的依据。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究意义

1.2国内建筑结构锈蚀状况调查

1.3钢筋锈蚀的混凝土梁粘结力理论研究

1.3.1粘结力的组成和作用

1.3.2局部锈蚀梁的理论模型

1.3.3局部锈蚀梁粘结应力分区域计算模型

1.3.4模型的理论计算

1.4本文的研究工作

第二章基于分布式光纤传感技术的钢筋锈蚀程度的试验研究

2.1概述

2.2基于布里渊光时域分析(BOTDA)技术的分布式光纤传感技术

2.3钢筋锈蚀的试验研究

2.3.1试件设计

2.3.2试件制作

2.3.3试验过程

2.4本章小结

第三章钢筋锈蚀混凝土梁非线性有限元模拟

3.1概述

3.2试验梁有限元模型的建立

3.2.1单元的选取

3.2.2材料的本构关系

3.2.3有限元模型的建立

3.3结果分析

3.3.1应力云图

3.3.2开裂裂缝图

3.3.3路径一在不同荷载情况下的应变

3.3.4路径三的应变图

3.4本章小结

第四章钢筋混凝土锈蚀构件检测实例和承载力计算

4.1概述

4.2常规检测

4.2.1检查说明

4.2.2桥梁检查情况

4.2.3检测结果综合评价

4.3锈蚀构件的极限状态分析

4.3.1锈蚀钢筋的截面损失

4.3.2锈蚀钢筋力学性能退化

4.3.3锈蚀钢筋混凝土构件的粘结性能退化

4.3.4腐蚀混凝土的力学性能变化

4.3.4腐蚀混凝土的力学性能变化

4.3.5局部锈蚀梁承载力计算模型

4.4本章小结

第五章结论和展望

5.1主要研究结论

5.2研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的文章