CN106649925A - 基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法 - Google Patents

基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106649925A
CN106649925A CN201610830754.9A CN201610830754A CN106649925A CN 106649925 A CN106649925 A CN 106649925A CN 201610830754 A CN201610830754 A CN 201610830754A CN 106649925 A CN106649925 A CN 106649925A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stress
concrete
space
fatigue
macro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610830754.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106649925B (zh
Inventor
侯爽
欧进萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201610830754.9A priority Critical patent/CN106649925B/zh
Publication of CN106649925A publication Critical patent/CN106649925A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106649925B publication Critical patent/CN106649925B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general

Abstract

本发明公布了一种基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法，包括步骤：确定各典型混凝土单向正应力和单向剪应力的细‑宏观应力关系，用优化数量的空间应力传感器阵列测得混凝土的宏观应力值；再将空间应力传感器阵列布设待测构件中，将监测获取的混凝土的动态复杂应力等效为主应力空间的三轴应力，确定控制材料疲劳损伤行为的关键主应力，对关键主应力时程利用雨流计数将其等效为多级变幅应力；将多级变幅应力按最大应力等效为单幅应力，分析并评价混凝土的疲劳状态。本发明克服了以往混凝土应力或应变监测只能单向监测的问题，可借用现有单轴单幅疲劳的试验结果，实现对混凝土复杂应力的监测，从而实现对混凝土疲劳损伤的分析。

Description

基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土疲劳损伤分析方法，具体来说，是涉及一种基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法。
背景技术
混凝土结构向轻质高强方向发展，而现行的极限状态设计理论倾向于充分利用材料强度，导致结构中的许多构件处于高应力状态，且工作应力变幅越来越接近疲劳应力幅，造成工程中普遍存在的混凝土疲劳问题。疲劳荷载下混凝土材料、构件乃至结构整体抗力衰减将引起结构维修养护成本显著增加，甚至导致无明显预兆的结构突然失效或破坏，造成严重社会影响。开展混凝土疲劳损伤监测具有重要意义。
现有理论与试验研究只能实现对单向混凝土应力或应变的监测，无法有效反映服役结构混凝土疲劳问题的复杂应力作用、随机荷载效应及多因素耦合特点，所以十分必要开展混凝土动态复杂应力监测与疲劳损伤演化研究，以此建立理想状态下理论研究与复杂状态下工程服役状态间的可靠联系。
在此之前，本发明人申请的申请号为201110226050.8的专利描述了一种埋入式混凝土结构动力损伤全过程空间应力传感器（如图1）。该传感器可监测混凝土细观动态六向复杂应力。通过平均化方法可获得混凝土各向宏观动态复杂应力。
将监测获取的混凝土的动态复杂应力等效为主应力空间的三轴应力，进而通过确定关键主应力将其等效为单轴应力。利用混凝土单轴疲劳损伤理论可分析并评价混凝土的疲劳状态。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种利用混凝土单轴疲劳损伤理论来分析并评价混凝土的疲劳状态的方法。
本发明采用如下技术方案实现：
基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法，包括步骤：
考虑混凝土强度与骨料最大粒径影响，确定各典型混凝土强度与骨料最大粒径下混凝土单向正应力和单向剪应力的细-宏观应力关系，用空间应力传感器阵列测得混凝土的宏观应力值；
再将空间应力传感器阵列布设待测构件中，将监测获取的混凝土的动态复杂应力等效为主应力空间的三轴应力，确定控制材料疲劳损伤行为的主应力，即关键主应力，对关键主应力时程利用雨流计数将其等效为多级变幅应力；
通过Corten-Dolan累积损伤准则将多级变幅应力按最大应力等效为单幅应力，利用混凝土单轴疲劳损伤理论可分析并评价混凝土的疲劳状态分析。
进一步地，所述的确定各典型混凝土强度与骨料最大粒径下混凝土单向正应力和单向剪应力的细-宏观应力关系，用空间应力传感器测得混凝土的宏观应力值具体的步骤具体包括：
对于单向正应力，制作一批和待测的混凝土构件的混凝土强度与骨料最大粒径相同的试件，试件内布设一定数量的空间应力传感器，通过线弹性加载试验，计算空间应力传感器阵列应力均值及变异系数，确定试件内最少数量的空间应力传感器，使空间应力传感器测得的细观正应力均值代表混凝土宏观正应力时的误差小于5%；
对于单向剪应力，通过有限元分析软件建立模型，同样确定试件内最少数量的空间应力传感器，使空间应力传感器测得的细观剪应力均值代表混凝土宏观剪应力时的误差小于5%；
取由正应力与剪应力确定的所需空间应力传感器数量的最大值为优化过的数量，就可用空间应力传感器测得的微观应力平均值代表混凝土的宏观应力值。
进一步地，利用单轴单幅等效应力实现对混凝土复杂动态应力的疲劳状态分析。
相比现有技术，本发明克服了以往混凝土应力或应变监测只能单向监测的问题，可借用现有单轴单幅疲劳的试验结果，实现对混凝土复杂应力的监测，从而实现对混凝土疲劳损伤的分析。
附图说明
图1是空间应力传感器结构示意图。
图2是本发明实施方式流程图。
图3是受压试件与传感器阵列主视示意图。
图4是受压试件与传感器阵列俯视示意图。
图5是受剪有限元模型示意图。
图中：1——空间应力传感器；1-1——PZT；1-2——大理石块；1-3——环氧树脂；2——混凝土试件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
假设待监测构件的混凝土强度为C30，骨料最大粒径为25mm。以此混凝土强度与骨料最大粒径为例说明本发明的实施方式，其他情况同理。图2为实施方式流程图，基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法，包括步骤：
1）浇筑一批混凝土强度与骨料最大粒径和混凝土构件相同的受压混凝土试件2，试件尺寸为200mm×200mm×200mm，浇筑前每个试件内预先布置9个空间应力传感器1，所述空间应力传感器1主要包括PZT1-1、大理石块1-2、环氧树脂1-3（如图1所示），空间应力传感器1尺寸为25mm×25mm ×25mm（与构件最大骨料粒径相同），空间应力传感器间距25mm，布置阵列及位置(如图3和图4所示)。对每个试件进行单调动力加载试验。将每一个试件内空间应力传感器监测的微观应力均值与实际加载应力对比。确定此数量空间应力传感器是否能保证试件在单向压应力下具有95%保证率的混凝土细-宏观应力比，如果不能满足，则增加传感器数量（假设需要9个传感器）。
2）利用有限元分析软件建立受剪试件模型，加载模式如图5，模型混凝土强度与骨料最大粒径和混凝土构件相同，尺寸为200mm×200mm×500mm。在剪应力均匀区域布设如图5所示的空间应力传感器阵列，空间应力传感器尺寸为25mm×25mm ×25mm，空间应力传感器间距25mm。确定此数量空间应力传感器是否能保证试件在单向剪应力下具有95%保证率的混凝土细-宏观应力比，如果不能满足，则增加空间应力传感器数量（假设需要12个传感器）。
3）通过步骤1）与2）的空间应力传感器阵列修正过程，取两者所需传感器数量的最大值（12个）为优化过的数量，就可用空间应力传感器测得的微观应力均值代表混凝土的宏观应力值。
4）在待测构件浇筑前将优化过的空间应力传感器阵列布设在构件中，将监测获取的混凝土的动态复杂应力等效为主应力空间的三轴应力，确定控制材料疲劳损伤行为的主应力，即关键主应力。对关键主应力时程利用雨流计数将其等效为多级变幅应力。
5）通过Corten-Dolan累积损伤准则将多级变幅应力按最大应力等效为单幅应力，便可利用混凝土单轴疲劳损伤理论可分析并评价混凝土的疲劳状态，也即利用单轴单幅等效应力实现对混凝土复杂动态应力的疲劳状态分析。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法，其特征是，包括步骤：
考虑混凝土强度与骨料最大粒径影响，确定各典型混凝土强度与骨料最大粒径下混凝土单向正应力和单向剪应力的细-宏观应力关系，用优化数量的空间应力传感器阵列测得混凝土的宏观应力值；
再将空间应力传感器阵列布设待测构件中，将监测获取的混凝土的动态复杂应力等效为主应力空间的三轴应力，确定控制材料疲劳损伤行为的主应力，即关键主应力，对关键主应力时程利用雨流计数将其等效为多级变幅应力；
通过Corten-Dolan累积损伤准则将多级变幅应力按最大应力等效为单幅应力，利用混凝土单轴疲劳损伤理论可分析并评价混凝土的疲劳状态。
2.根据权利要求1所述的基于细宏观应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法，其特征是：所述的确定各典型混凝土强度与骨料最大粒径下混凝土单向正应力和单向剪应力的细-宏观应力关系，用优化数量的空间应力传感器测得混凝土的宏观应力值具体的步骤具体包括：
对于单向正应力，制作一批和待测的混凝土构件的混凝土强度与骨料最大粒径相同的试件，试件内布设一定数量的空间应力传感器，通过线弹性加载试验，计算空间应力传感器阵列应力均值及变异系数，确定试件内最少数量的空间应力传感器，使空间应力传感器测得的细观正应力均值代表混凝土宏观正应力时的误差小于5%；
对于单向剪应力，通过有限元分析软件建立模型，同样确定试件内最少数量的空间应力传感器，使空间应力传感器测得的细观剪应力均值代表混凝土宏观剪应力时的误差小于5%；
取由正应力与剪应力确定的所需空间应力传感器数量的最大值为优化过的数量，就可用空间应力传感器测得的微观应力平均值代表混凝土的宏观应力值。
3.根据权利要求1所述的基于细宏观应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法，其特征是：利用单轴单幅等效应力实现对混凝土复杂动态应力的疲劳状态分析。
CN201610830754.9A 2016-09-19 2016-09-19 基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法 Active CN106649925B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610830754.9A CN106649925B (zh) 2016-09-19 2016-09-19 基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610830754.9A CN106649925B (zh) 2016-09-19 2016-09-19 基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106649925A true CN106649925A (zh) 2017-05-10
CN106649925B CN106649925B (zh) 2019-10-18

Family

ID=58852213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610830754.9A Active CN106649925B (zh) 2016-09-19 2016-09-19 基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106649925B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111881613A (zh) * 2020-08-05 2020-11-03 武汉市政工程设计研究院有限责任公司 一种正应力和剪应力不同权重三维应力场反演方法及系统
CN112632676A (zh) * 2020-12-23 2021-04-09 华能澜沧江水电股份有限公司 一种混凝土大坝应力梯度监测方法
CN113111490A (zh) * 2021-03-12 2021-07-13 重庆交通大学 一种基于强度阈值的超高性能混凝土强度设计方法
CN113326547A (zh) * 2021-03-19 2021-08-31 青岛理工大学 一种基于应力补偿的边坡锚杆锚固方法
CN115950765A (zh) * 2023-03-10 2023-04-11 国网山西省电力公司电力科学研究院 一种gis盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020077795A1 (en) * 2000-09-21 2002-06-20 Woods Joseph Thomas System, method and storage medium for predicting impact performance of thermoplastic
CN102107457A (zh) * 2009-12-28 2011-06-29 肖鹤龄 磺化三抗混凝土制备方法
CN102183411A (zh) * 2011-02-15 2011-09-14 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院 长期稳定荷载作用下脆性岩石破裂模式的预测方法
CN103134701A (zh) * 2013-01-31 2013-06-05 东南大学 一种焊接钢桁架结构疲劳失效过程的同步监测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020077795A1 (en) * 2000-09-21 2002-06-20 Woods Joseph Thomas System, method and storage medium for predicting impact performance of thermoplastic
CN102107457A (zh) * 2009-12-28 2011-06-29 肖鹤龄 磺化三抗混凝土制备方法
CN102183411A (zh) * 2011-02-15 2011-09-14 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院 长期稳定荷载作用下脆性岩石破裂模式的预测方法
CN103134701A (zh) * 2013-01-31 2013-06-05 东南大学 一种焊接钢桁架结构疲劳失效过程的同步监测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张海滨: "基于压电智能骨料的钢筋混凝土结构地震应力监测方法", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111881613A (zh) * 2020-08-05 2020-11-03 武汉市政工程设计研究院有限责任公司 一种正应力和剪应力不同权重三维应力场反演方法及系统
CN112632676A (zh) * 2020-12-23 2021-04-09 华能澜沧江水电股份有限公司 一种混凝土大坝应力梯度监测方法
CN112632676B (zh) * 2020-12-23 2022-10-11 华能澜沧江水电股份有限公司 一种混凝土大坝应力梯度监测方法
CN113111490A (zh) * 2021-03-12 2021-07-13 重庆交通大学 一种基于强度阈值的超高性能混凝土强度设计方法
CN113111490B (zh) * 2021-03-12 2022-04-29 重庆交通大学 一种基于强度阈值的超高性能混凝土强度设计方法
CN113326547A (zh) * 2021-03-19 2021-08-31 青岛理工大学 一种基于应力补偿的边坡锚杆锚固方法
CN115950765A (zh) * 2023-03-10 2023-04-11 国网山西省电力公司电力科学研究院 一种gis盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106649925B (zh) 2019-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106649925A (zh) 基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法
Liu et al. Concrete damage diagnosis using electromechanical impedance technique
Khazaei et al. Damage quantification of intact rocks using acoustic emission energies recorded during uniaxial compression test and discrete element modeling
Chen et al. Quantification of dynamic tensile behavior of cement-based materials
Mamede et al. Experimental and parametric 3D nonlinear finite element analysis on punching of flat slabs with orthogonal reinforcement
Karaiskos et al. Performance monitoring of large-scale autonomously healed concrete beams under four-point bending through multiple non-destructive testing methods
CN103954386A (zh) 一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法
Abdullah et al. Wire breakage detection using relative strain variation in unbonded posttensioning anchors
Anıl et al. Low velocity impact behavior of shear deficient RC beam strengthened with cfrp strips
Du et al. A damage constitutive model of red sandstone under coupling of wet-dry cycles and impact load
JP4295334B2 (ja) 応力履歴測定方法
CN106383060A (zh) 基于细观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法
WO2014192697A1 (ja) 応力履歴測定方法および応力センサー
KR101024118B1 (ko) 농업용 시설구조물의 구조안전진단장치
US8661913B2 (en) Method of measuring stress history and composite material containing cement as main component
CN102495135A (zh) 一种纳米炭黑压电陶瓷复合水泥基测力探伤传感器
Krejsa et al. The foundation slab monitoring of the" National Supercomputing Center-IT4 Innovations" during construction
Liao et al. Structural health monitoring of a concrete column subjected to shake table excitations using smart aggregates
Nan et al. The technology and application of cable force monitoring for spatial cable structure
Yang et al. Self-structural health monitoring function of RC structures with HCFRP sensors
CN208239212U (zh) 热固耦合条件下岩石裂纹扩展测试装置
Olawale et al. In pursuit of bio-inspired triboluminescent multifunctional composites
Bernasconi et al. An investigation of the crack propagation in a carbon fiber bonded joint using backface strain measurements with FBG sensors
Pourrastegar et al. Vibration-Based Nondestructive Damage Detection for Concrete Plates
Meoni et al. Seismic Monitoring of Masonry Structures Using Smart Bricks: Experimental Application to Masonry Walls Subjected to In-Plane Shear Loading

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant