當前位置:工程項目OA系統(tǒng) > 建筑OA系統(tǒng) > 材料管理軟件
ESPI技術對外貼纖維混凝土加固承載的實驗研究
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>摘要: 采用電子散斑干涉技術,對外貼碳纖維加固混凝土梁的外貼材料位移的分布特征,進行了全場實時測量,通過實驗獲得的散斑干涉條紋圖可以得到外貼材料與混凝土梁的粘結傳力長度隨粘結長度及初始載荷之間的關系:了解用于加固的碳纖維材料的應變分布特點和產生梁側剝離破壞時的碳纖維表面位移(應變)的演化過程。實驗還說明了電子散斑干涉技術不僅可用于位移的測量,而且也可用于結構安全監(jiān)測和破壞預報。文中給出了對C20D、C
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>關鍵詞:纖維復合材料;混凝土梁; 粘貼加固; 電子散斑干涉技術(ESPI); 面內位移測量
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1 引言
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left> 由碳、玻璃等纖維與樹脂類基材組成的纖維增強復合材料(FRP),屬于脆性材料。將FRP粘貼于混凝土構件受拉區(qū)域的表面,使外貼材料與構件共同工作,以提高已有構件的抗力。對于因材料的老化、超期使用、過載、風化、缺乏維修等原因引起的病危構件,目前也通常采用外貼加固法對構件進行加固,提高結構的安全性,延長使用壽命。
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>外貼纖維加固梁斜截面的破壞有兩種基本模式[1]:一種是纖維斷裂破壞,即纖維達到其拉伸極限而斷裂所導致的破壞,試驗表明,幾乎所有采用封閉粘貼和少數(shù)U型粘貼的加固構件產生這種破壞:另一種是纖維剝離破壞,即外貼纖維在達到其極限抗拉能力之前,由于與構件的結合力不足與構件脫離,導致外貼纖維失效,引起構件破壞,此時纖維材料還沒有達到纖維強度。試驗表明,幾乎所有側梁粘貼和大部分U型粘貼加固構件的破壞屬于這種。為了全面了解和為建立外貼纖維加固梁承載力的計算方法和模式提供必要的參考數(shù)據(jù),必須通過實驗測試了解外貼纖維承載方式和載荷大小,以及其破壞瞬間的應變分布情況。
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>普通的應變位移測試技術,如應變片等,均采用單點測量,并且傳感器等本身會給被測物體帶來附加質量或局部補強,改變了物體的固有應變響應特性,并且測量得到只是一些離散值。光力學如云紋干涉法、全息干涉及激光散斑法等技術測試分析物體的振動及應變,具有非接觸性、高精度、高靈敏度、全場性和直觀可視等優(yōu)點。但傳統(tǒng)的光測技術必須利用銀鹽干板作記錄介質,需要經過沖洗等費時、費力的濕處理過程,操作過程復雜,再加上條紋圖的處理極其費時,這就使其在實際應用較困難。電子散斑干涉法(ESPI)多采用CCD作為記錄載體,雖然CCD的空間分辨率遠遠低于全息照片使得其測量分辨率不如全息術,但ESPI具有和全息術同樣的測量靈敏度,其測量結果可以直接由模擬電子系統(tǒng)和計算機來處理, 因此除具有全息術的測量特點外, 還具有測量實時迅速、簡便等優(yōu)點[2~4]。本文應用ESPI技術測量加固混凝土構件的外貼纖維在受拉、直到構件破壞過程中的纖維面內位移的光學測量研究工作,該方法能全面直觀地提供纖維在受載過程中直至構件破壞前瞬間的位移分布情況。
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2 ESPI測面內位移方法
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2. 1 ESPI面內位移測試原理
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>為了減少離面位移給測量帶來的誤差,采用如圖1所示的對稱相干光結構光路照明被測物體表面,利用CCD攝像機和作者基于圖像采集系統(tǒng)開發(fā)的軟件,將物體表面變形前、后的兩幅散斑圖像各點的灰度值式(1)和式(2)按照式(3)實現(xiàn)實時自動對應相減。
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>上面諸式中,A1、A2和Ψ(t)分別表示兩束入射光的振幅和t 時刻物面變形引起的相干光的干涉相位變化。由于采用上述圖像相減模式,克服了穩(wěn)定的背景散光的影響,所以ESPI可在明室下操作。
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>當被測物體t 時刻具有沿x方向的面內位移u(t)時,以相同入射角θ(本實驗中為45°)的兩束光線之間的相對光程差為2u(t)sinθ,相位變化可表示為
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>式中,K為相干光波長(實驗中采用He-Ne激光器照明,波長為633nm )。從(4)式可以看出,當Ψ(t) =2n∏,(n=0,±1,±2,)時,I t(x,y)=0即出現(xiàn)暗條紋,此時面內位移u(t)與條紋級次n的關系為
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>利用CCD攝像機,可實現(xiàn)電子散斑干涉法研究物體在變載荷作用下的時間與變形的函數(shù)關系。
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2. 2 實驗布置和圖像采集
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>圖2為專門設計的一套用來測試外貼纖維加固混凝土抗拉性的實驗裝置示意圖,用于加固的碳纖維布(或板)將兩塊混凝土試塊連結在一起,在兩塊混凝土之間放置油壓千斤頂和力傳感器分別用來加載和測試碳纖維所承受的拉力大小。為了便于散斑的形成和提高條紋對比度,在被測的外貼碳纖維和混凝土的表面噴上一層白漆。實驗時由于采用圖2的裝置,左側混凝土試塊的左側面用環(huán)氧樹脂膠粘貼有一塊鋼板上并用四個螺絲被固定在裝置上,這樣粘貼在混凝土試塊上的碳纖維布(或板)在受拉時只能向右伸長移動。
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>圖像采集系統(tǒng)是由CCD攝像機、Meteor-II高級圖像采集系統(tǒng)及計算機等組成,圖像采集軟件具有實時相減,并可直接顯示在計算機的顯示器上,而不再需要配置傳統(tǒng)的圖像監(jiān)視器。先采集物體變形前的物面散斑場信息并存于計算機的緩存中,再采集加載后的表面散斑場。變形前后的散斑圖像直接相減并實時顯示,得到反映被測表面各點面內位移等值線的條紋圖。圖像采集系統(tǒng)采集的圖像為8bit灰度級640×480像素,對應于被測物表面169×
3 實驗分析
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left> 實驗中測試的為強度從C
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>由于在拉伸過程中,位移量超過散斑尺寸時,相關性將被破壞,相關條紋也將模糊,甚至消失, 所以采用分段加載并逐段采集記錄的方法記錄位移。即在每段加載前采存一幅散斑圖像,再采集受載后的散斑圖像并與前一幅圖像實時數(shù)字相減,保存在這段載荷下的ESPI條紋圖像:然后再采集當前載荷下的散斑圖像作為變形前的圖像,再繼續(xù)加載、采集受載后的散斑圖像并進行實時數(shù)字相減,得到在新載荷段下的ESPI條紋圖像。加載過程中圖像實時數(shù)字相減且同步觀察條紋隨載荷變化而變化的情況,隨時可以進行記錄。
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>因篇幅所限,本文僅給出其中三對試件的實驗結果。
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>圖3 (a)~(d)為編號C20D的情況,纖維板與混凝土粘貼接觸長度為
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>圖4 (a)~(d)為編號C
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>圖5 (a)~(d)為編號C
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>圖6是根據(jù)粘貼在C
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>4 討論與結論
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left> 由于實驗中未對y方向的位移進行限制及混凝土和纖維板粘貼不理想等情況,使得部分試件在加載的過程中出現(xiàn)試件在xy平面內繞z軸轉動等不利情況。本實驗采用的方法靈敏度極高,可以達到波長的量級,但因其最大可測位移受散斑尺寸的限制,因而只能采取分級逐段加載、采集圖像的方法進行測量。
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>通過本實驗可以實時觀察到加固碳纖維板和混凝土試件受力過程中碳纖維表面的位移場演變全過程,根據(jù)對23對試件實驗結果進行分析可得到如下結論:
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>1) 梁側貼加固碳纖維板在受力過程中,并不是和混凝土相粘貼的碳纖維全部承受拉力,而且各個部分實際承受的拉力也不一樣,這一點可以從得到的ESPI條紋圖中條紋不均勻分布可以看出:
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>2) 碳纖維板和混凝土之間存在有效粘結傳力長度,這個長度并不能簡單地取實際粘貼長度, 這一點可從圖4(b)、(c)和圖5(b)、(c)明顯看出:
normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>3) 根據(jù)觀測到的條紋變化情況可對外貼加固構件粘貼處破壞進行預測預報,從圖3(d)、圖4(d)和圖5(d)的圖可以看出,在試件即將破壞前出現(xiàn)位移條紋紊亂和布滿整個粘貼的纖維板時, 說明粘貼處纖維的各部分都承載,且嚴重不均導致局部剝離和破壞,預示整個粘貼部分很快就要破壞。
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>參考文獻:
normal style="MARGIN-LEFT: 18pt; TEXT-INDENT: -18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: -2.0" align=left>[1 ] 曹雙寅,潘建伍,邱洪興. 外貼纖維加固梁抗剪承載力計算方法分析[J]. 東南大學學報(自然科學板),2002,32(5):766-770(
normal style="MARGIN-LEFT: 18pt; TEXT-INDENT: -18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: -2.0" align=left>[2 ] 趙占朝,劉浩吾,蔡德所. 光纖傳感無損檢測混凝土結構研究述評[J]. 力學進展,1995, 25(2):223-231(Zhao Zhanchao, Liu Haowu Cai Desuo. Overview of studies on non-destructive evaluation using optical fiber sensor embed-ded in concrete structures. Advances in Mechanics,1995,25(2):223-231(in Chinese) )
normal style="MARGIN-LEFT: 18pt; TEXT-INDENT: -18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: -2.0" align=left>[3 ] McCann D M , FordcMC. Review of NDT methods in the assessment of concrete and masonry structures [J]. NDT&E International,2001,34(1):71-84
normal style="MARGIN-LEFT: 18pt; TEXT-INDENT: -18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: -2.0" align=left>[4 ] Buyukozturk O. Imaging of concrete structures[J]. NDT & E International,1998, 31(4):233-243
normal style="MARGIN-LEFT: 18pt; TEXT-INDENT: -18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: -2.0" align=left>
|
|
|
|
- 1混凝土攪拌機所用鋼絲繩的標準
- 22014年1-10月全國硅酸鹽水泥熟料產量及其增長統(tǒng)計表
- 32013年1-12月寧夏石膏板產量統(tǒng)計(分月度)
- 4武警指揮中心裝飾工程安全監(jiān)理規(guī)劃
- 5ETABS視頻教程
- 62013年遼陽造價工程師現(xiàn)場審核地點及時間
- 7【碩士】山嶺隧道震害分析及洞口段地震動力響應研究【2010】
- 8商城工程施工組織設計方案55p
- 9房屋建筑學相關概念
- 10淺談中國民用建筑空調業(yè)的發(fā)展前景
- 11新余市袁河某大橋工程(實施)施工組織設計
- 12西南科技大學一科研成果達到國際領先
- 13同一位置的上下樓層鋼柱如何連接
- 14雙代號時標網絡計劃總時差的確定問題
- 152014年1-3月全國中空玻璃產量及其增長統(tǒng)計表
- 16深圳316不銹鋼磨砂板316不銹鋼2B板
- 17混凝土攪拌站的管理流程:
- 18混凝土攪拌機養(yǎng)護大全
- 19某施工企業(yè)項目部安全責任職責
- 20新一代環(huán)保無污染混凝土攪拌站
- 21某綜合大樓地下車庫施工組織設計43P
- 22息稅前利潤的具體含義
- 23上海松浦某橋新建工程(投標)施工組織設計
- 24舉報違建未獲回應 市民狀告規(guī)劃局一審勝訴
- 25室內空氣品質研究背景和意義
- 26城市公共空間環(huán)境的創(chuàng)造
- 27錐坡構造圖2004
- 28[廣東]建筑工程施工現(xiàn)場安全文明施工統(tǒng)一標準(附圖)
- 29[碩士]自錨式懸索橋施工索力優(yōu)化設計與監(jiān)測監(jiān)控
- 30[碩士]懸索橋施工仿真計算及設計參數(shù)分析
成都公司:成都市成華區(qū)建設南路160號1層9號
重慶公司:重慶市江北區(qū)紅旗河溝華創(chuàng)商務大廈18樓