纤维水泥基复合材料传感器受弯机敏性研究

摘要

结构健康监测（Structural Health Monitoring，简称SHM）对评估混凝土结构安全十分重要。目前，传统的健康监测传感器包括电阻应变片、压电陶瓷、光纤传感器和形状记忆合金等，但这些传感器在实际工程监测中仍存在一些不足之处。近年来，具有自感应能力的纤维水泥基复合材料（Fiber Cement-based Composite Materials，简称FCCM）得到广泛的关注和研究，本文主要研究了FCCM制作成的纤维水泥基复合材料传感器（Fiber Cement-based Composite Sensor，简称FCCS）。目前，对FCCS在拉、压应力下（弹性阶段）的自感应能力已经进行了充分的研究;可在受弯情况下，特别是关于FCCS开裂后的自感应研究还很少。本文研究了单个自由FCCS受弯全过程的机敏性和埋入钢筋混凝土梁中的FCCS受弯机敏性能，主要工作总结如下:
　　(1)研究了单掺、复掺和三掺导电相材料的FCCS受弯机敏性。试验结果表明，当达到开裂荷载时，FCCS的承载力突然下降，电阻变化率也随之迅速上升，表现出较好的力电机敏性。
　　(2) FCCS电阻变化率（Fractional Change in Resistance，简称FCR）随着裂缝张开位移（Crack Opening Displacement，简称COD）的增大而增大，可用一次函数拟合且拟合效果较好;拟合直线在纵轴上的截距一定程度上可以表示FCCS开裂时承载力的降低幅度;拟合直线的斜率表示裂缝监测的灵敏度。
　　(3) FCCS的电阻变化率随着底部应变的变大而变大，随着跨中挠度的增大而增大，这两种关系都可用一次函数拟合且拟合效果较好。
　　(4)埋入钢筋混凝土梁中的FCCS电阻变化率随着梁底应变的增大而增大，随着梁底部裂缝张开位移的增大而增大，随着梁跨中挠度的增大而增大，这三种关系都可用一次函数拟合且拟合效果较好。
　　(5)综上可知，将FCCS埋入钢筋混凝土梁中，通过FCCS电阻的变化可以对梁开裂前的梁底应变、梁开裂后的裂缝宽度和梁跨中挠度进行有效的实时健康监测。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 土木工程中结构健康监测技术的发展与应用

1．3 土木工程健康监测中的智能传感器

1．4 纤维水泥基复合材料传感器的研究概况

1．4．1 常用导电相材料介绍

1．4．2 纤维水泥基复合材料导电机理

1．4．3 自感知纤维水泥基复合材料的压敏性

1．4．4 纤维水泥基复合材料传感器

1．5 本文的研究意义和主要工作

2 纤维水泥基复合材料传感器受弯机敏性试验研究

2．1 引言

2．2 试验概况

2．2．1 试验原材料

2．2．2 试验配合比设计

2．2．3 FCCS制备工艺

2．3 试验方法

2．3．1 电极布置方案

2．3．2 试验加载方案

2．3．3 数据采集系统

2．4 结论与分析

2．4．1 电阻变化率测量原理

2．4．2 FCCS荷载-电阻变化率-挠度曲线试验结果与分析

2．4．3 FCCS电阻变化率-应变曲线试验结果与分析

2．4．4 FCCS电阻变化率-裂缝张开位移曲线试验结果与分析

2．4．5 FCCS电阻变化率-跨中挠度曲线试验结果与分析

2．5 本章小结

3 埋入梁中FCCS受弯机敏性试验研究

3．1 试验概况

3．1．1 试验配合比设计

3．1．2 试件制备

3．1．3 试验方法

3．2 结论与分析

3．2．1 埋入梁中FCCS电阻变化率-应变曲线试验结果与分析

3．2．2 埋入梁中FCCS电阻变化率-裂缝张开位移试验结果与分析

3．2．3 埋入梁中FCCS电阻变化率-挠度曲线试验结果与分析

3．3 本章小结

4 问题与展望

结论

参考文献

致谢