土木材料论文范文参考关于土木材料的优秀论文范文【10篇】

土木材料论文范文参考关于土木材料的优秀论文范文【10篇】 纤维增强复合材料(简称FRP)是一种新型建筑材料,它具有强度高、质量轻、耐腐蚀、非磁性、易于施工等优点.目前,这种新型材料的应用体系在美国、日本和欧洲已较为成熟.我国于二十世纪九十年*始开展有关FRP的研究工作,前期研究主要集中在外贴FRP片材加固混凝土结构方面,且此方面的研究与应用技术正趋于成熟.FRP筋材在土木工程中具有良好的应用前景与经济效益.近年来,FRP筋材增强混凝土结构已成为国内外研究的热点和重点. 本文结合已有研究成果,通过FRP筋制备工艺和力学性能试验研究,探讨了混杂FRP筋的混杂效应、破坏机理以及理论分析方法.需要说明,本文的研究工作得到了科技部科研院所技术开发研究专项资金(编号:xx)、江苏省科技攻关项目(编号:BE200xx)的资助.论文主要内容归纳如下: (1)进行了单向混杂复合材料拉伸强度的研究.基于三维剪滞模型,提出了两级三维剪滞分析模型.分别进行了碳纤维、玻璃纤维在不同混杂比和混杂方式下的参数分析与试验研究.研究表明,碳纤维体积含量等于5%时,材料出现二次破坏特征,而碳纤维体积含量大于5%时呈现一次破坏.相同混杂比例条件下,混杂方式对FRP筋强度和破坏延伸率的影响较不显著.本文建立的分析模型能够较好地反映混杂复合材料的拉伸强度与破坏特征. (2)试验研究表明,将传统拉挤成型工艺与缠绕成型工艺相结合,可用于制备土木工程用混杂FRP筋.本文基于拉挤成型工艺,研制了FRP筋制备缠绕装置、加热固化装置、树脂配方体系和工艺制度等.参数分析表明,树脂基体配方、成型温度、速度等因素对工艺性能有较大影响.本文提出的工艺和配方体系可用于复合材料筋的制备. (3)通过两种FRP筋混杂组织结构、18组不同混杂比的FRP筋的拉伸性能试验,分析了FRP筋拉伸断裂的破坏过程和破坏特征.研究表明,试验结果与理论预测结果较吻合.将碳纤维和玻璃纤维合理混杂,可改善单一纤维增强筋的强度、弹性模量及断裂伸长率等力学性能.此外,还根据试验提出了修正的拉伸强度预测方法,该方法可用于混杂FRP筋的初步设计. (4)进行了FRP筋疲劳性能试验研究,探讨了纤维类型对混杂FRP筋性能的影响.研究表明,高强度玻璃纤维增强FRP筋的疲劳性能明显优于E玻璃纤维FRP筋,且高强4号玻璃纤维增强FRP筋的疲劳强度高于高强2号玻璃纤维增强FRP筋. (5)进行了FRP筋的粘结性能试验,探讨了FRP筋的粘结强度以及FRP筋与混凝土的滑移特性.试验研究表明,FRP筋与混凝土的粘结强度略低于钢筋与混凝土的粘结强度. (6)开展了FRP筋的示范工程应用.FRP筋增强混凝土污水处理池的现场测试表明,结构变形和应力均较小,结构整体处于正常工作状态. 在刚跨入21世纪的时刻,高科技正迅猛地渗透到包括土木工程在内的各个传统行业中,尤其是新材料技术、信息技术及计算机技术正在进一步地与传统生产方式相结合,使传统行业的生产力水平有了空前的提高. 随着大跨度结构和超高层建筑的不断发展,大型土木工程结构健康监测的研究与应用越来越受到学术界和工程界的重视.本文系统地开展土木工程结构性能监测系统和损伤识别方法的理论与实验研究,建立一种可用于测试结构动态响应以及监测交通流的新型水泥基压电传感系统,提出一种基于结构动态响应统计特征的结构损伤识别人工神经网络方法,从而发展结构健康监测系统与方法.主要研究工作与创新成果包括以下几个方面: (1)在水泥基压电复合材料的基础上,研制了一种新型水泥基压电传感器,实验检测了传感器的频率独立性、线性度等基本性能,并使用标定程序确定了传感器的测量范围、灵敏度、线性度、滞回度和灵敏度界限等使用参数.研究结果表明,所研制的水泥基压电传感器具有很好的频率独立性和高度的输入输出线性关系,适用于大型土木工程结构的性能监测. (2)建立了包括水泥基压电传感器、专门开发的小型电荷放大器、多通道数据采集仪和监测软件的水泥基压电传感系统,并将其应用到短柱和框架结构的动态响应测试以及交通流的监测等方面.模型实验结果表明,水泥基压电传感系统不仅可以准确地测试结构或构件的动态应力响应,还可以准确地监测交通流(包括人流和车流),并可以通过计算水泥基压电传感器的脉冲响应幅值来区分交通流中车辆的种类. (3)在结构随机振动理论的基础上推导出结构动态响应的统计特征与结构损伤位置和损伤程度之间的关系,通过敏感性分析确定了以结构动态位移响应方差作为结构损伤识别的损伤指标,分析了使用该损伤指标可以部分消除测试误差的原理.数值模拟了一三跨连续梁在白噪声激励下的动态响应,观察了在不同损伤位置和损伤程度下结构动态位移响应方差的变化,从而评估了选择结构动态位移响应方差作为损伤指标的可行性. (4)提出了一种基于结构动态响应统计特征的结构损伤识别人工神经网络方法.在人工神经网络结构中,以结构动态响应方差和协方差的变化作为神经网络的输入,以结构的损伤位置和损伤程度作为神经网络的输出.数值模拟了一三跨连续梁的损伤识别过程,其中包含单损伤和多损伤两种损伤工况,每种损伤工况中又分为损伤位置识别和损伤程度识别.数值模拟结果表明,训练好的神经网络可以准确识别出结构的损伤位置和损伤程度,从而验证了所提出的基于结构动态响应统计特征的结构损伤识别人工神经网络方法的有效性与可靠性. (5)采用所提出的基于结构动态响应统计特征的结构损伤识别人工神经网络方法,对一组两端固结的模型梁进行了结构损伤识别的模型实验.模型梁由铝合金型材制作,模拟带翼缘的薄壁箱梁.在实验中,分别采用单损伤工况和多损伤工况对神经网络进行训练和测试.实验结果表明,经过训练的神经网络可以基本准确地识别出结构损伤位置和损伤程度,从而进一步验证了所提出的基于结构动态响应统计特征的结构损伤识别人工神经网络方法的有效性与可靠性. 水泥基压电复合材料是近几年发展起来的一种新型功能材料,它具有压电性能好、机电耦合性能突出、与混凝土材料力学、声学性能相匹配等特点,在土木工程结构健康监测中具有潜在的应用前景.针对土木工程结构的特点,本文分别以压电陶瓷、水泥基及水泥聚合物基(水泥、环氧树脂及固化剂的混合物)压电复合材料作为传感元件制备压电传感器,并在以下几个方面进行了实验研究和理论分析工作： 以PZT压电陶瓷为功能组分,普通硅酸盐水泥及水泥聚合物作为基体材料,采用切割-浇注法制备2-2型、1-3型水泥基和水泥聚合物基压电复合材料,并对其性能进行测试与分析.研究结果表明：与压电陶瓷相比,压电复合材料的压电电压常数及厚度机电耦合系数均明显增大,且声阻抗率及机械品质因数也显著的降低,从而能够用于制备高接收灵敏度、宽频及与混凝土材料声阻抗相匹配的压电传感器. 分别以压电陶瓷及压电复合材料为传感元件,水泥聚合物作为封装材料制备水泥基压电传感器,并对其性能进行测试及分析.研究结果表明：采用该封装材料制备出的压电传感器具有机械强度高、耐久性能好、动态输出能力强,可靠性高等优异性能.其中,以压电复合材料为元件制备的压电传感器兼有声阻抗低、宽频等特性,能够适用于水泥的水化反应进程监测及土木工程结构的动态监测；以压电陶瓷为元件制备的压电传感器则更适用于基于机电阻抗技术的土木工程结构监测,对耦合于结构的压电传感器机电阻抗变化进行分析,能够获得结构的机械阻抗变化信息,从而实现对结构的无损检测；此外,以压电陶瓷为元件制备的压电交通传感器兼有线性度高、输出响应良好、可重复性好、抗压强度高等优点,能够满足其用于道路交通状况监测的要求. 以埋入式压电陶瓷及压电复合材料传感器作为发射-接收单元,分别基于压电传感器的超声波传播法及机电阻抗技术对水泥的水化反应进程进行监测.研究结果表明：压电复合材料传感器所接收的超声波信号普遍具有首次波比大、首波明显、主频单一等特点,尤其是以水泥聚合物为基体材料制备的压电复合材料传感器的接收性能最佳；由压电传感器的接收*形及频谱随水泥水化反应进程的变化规律可知,水泥水化反应开始后的8 h内,接收波的波形曲线微弱、接收波的幅值较小、主频谱变化较大,在接近水泥的终凝时刻,波形及主频率均发生了明显的变化；当水化进行到约8 h之后,水化反应仍较为剧烈、接收波的首波起始点明显前移,首波幅值也显著增大,但主频谱的变化则较为稳定；当水化进行到约24 h之后,接收波参数随着水化反应的进行逐渐趋于稳定.根据压电传感器接收的超声波参数(主频率、主频幅值、波速、首*幅等)随水泥水化反应进程的变化特点,可将水泥水化反应开始后的24 h分为三个阶段,即诱导期(约0 h-5 h)、加速期(约5 h-10 h)、衰减期(约10 h-24 h),其中在加速期阶段,超声波参数会出现明显的转变点,该点基本为水泥的终凝时间点.根据埋入水泥浆体中压电传感器的机电阻抗随水泥水化反应进程的变化特点,能够获得与超声波传播法相一致的水泥水化反应规律,从实验的角度进一步证明了基于压电传感器的机电阻抗技术监测水泥水化反应是完全可行的. 分别采用外贴式及埋入式压电传感器,基于机电阻抗技术对小型的混凝土结构进行温度、荷载及裂缝损伤研究.研究结果表明：温度变化对外贴及埋入式PZT压电传感器的机电阻抗均具有明显的影响,能够引起压电传感器的谐振频率漂移及谐振峰值的相应变化,基于压电传感器的这一特性,我们可以通过测量其机电阻抗参数的变化来实现对温度的监测；荷载作用对埋入式PZT压电传感器的机电阻抗也具有明显的影响,无论结构受到哪个方向的载荷作用,其机械阻抗的变化都可以通过PZT压电传感器的机电阻抗谱图反映出来,尤其是当结构由于受到强烈的载荷作用而发生损伤时,PZT压电传感器的机电阻抗会发生显著的突变；外贴式及埋入式PZT压电传感器的机电阻抗均能良好的反映出砂浆试块产生裂缝损伤的情况,尤其是对试块的初始裂缝损伤更加敏感；采用数学统计的方法对PZT压电传感器的机电阻抗谱图进行处理,建立了一种损伤量化指数,通过该指数能够更加直观、有效的获得耦合于结构的PZT压电传感器机电阻抗随各种因素的变化规律,从而间接获得结构的损伤及发展状况. 将制备的压电交通传感器埋于实际路面,建立一套包括水泥基压电智能传感器、小型电荷放大器、多通道数据采集仪和监测软件的压电传感器系统.利用该系统对行人流量、车辆速度及载重进行测试,研究结果表明：通过统计压电传感器的输出脉冲响应个数能够获知通过该传感路段的行人数量及人员密集程度,从而为相关部门提供有效的统计数据；采集车辆通过传感路段时压电传感器所产生的脉冲响应时间间隔,通过简单的数学计算能够精确的获得车辆通过该传感路段时的即时速度,从而实现超速判断,为交通部门提供可靠的数据；依据车辆通过传感路段时梁式压电传感器的输出脉冲电压峰值及或输出脉冲峰包围的面积,通过线性拟合计算能够准确的获得车辆通过该传感路段时的动态载重信息,当路面平整且车辆以匀速通过梁式压电传感器时,理论计算的车辆载重误差均小于5%,能够有效的对行驶中的车辆进行动态称重,从而实现超载预警；此外,由于水泥基压电复合材料传感器与混凝土结构之间具有良好的相容特性,因此利用水泥基传感器也可以对桥梁结构的局部振动状态进行在线监测. 随着我国 _的不断发展,各种大型复杂工程结构不断涌现,土木工程结构健康监测技术逐渐成为学术界的研究热点.近十几年来,智能材料结构在工程领域中的成功应用,为实现真正意义上的结构健康监测提供了有效的途径.以压电陶瓷为代表压电智能材料具有集传感和驱动一体化的优越特性,适合于结构健康监测领域.同时,压电材料还具有响应速度快、线性关系好、能耗低、造价低廉且易加工成型等优点.因此,将压电材料作为基本元件,研发一套方便、实用的结构健康监测系统也符合我国当前的国情.本论文基于上述背景,对利用压电陶瓷材料进行混凝土结构健康监测的相关技术进行详细研究,具体工作包括以下几个方面: (1)针对混凝土结构的特点以及压电陶瓷片的材料特性,研制开发了一种新型的、适用于混凝土结构的压电陶瓷传感器件“智能骨料”.它既是混凝土结构健康监测的智能元件,又具有普通骨料的功能,很好地解决了压电传感器与主体结构相结合时出现的各种实际问题.在此基础上,对压电智能混凝土结构损伤主动监测系统的线性性能、灵敏度、重复性及频率响应特性等基本性能进行了试验研究.结果表明,该系统具有良好的性能,这为进一步开展健康监测研究奠定了试验基础. (2)依据应力波在固体中的传播特点,提出了考虑几何扩散影响的修正衰减系数公式,并对应力波在混凝土介质中传播的衰减规律和以压电陶瓷片作为声源的声场在混凝士介质中的分布规律等问题进行了研究.结果表明,应力波在混凝土介质内传播,衰减系数与频率之间近似满足三次多项式关系,同时以压电陶瓷片作为声源,其声场在混凝土内部的分布较为分散.该试验结果为合理布置传感器提供了依据. (3)对利用波动法的混凝土结构主动损伤识别技术进行了研究.通过研究混凝土构件裂缝损伤及其发展对主动监测信号的幅值、频率及相位等参量的影响,找出各参数随损伤程度增加的变化规律.结果表明,信号幅值对裂缝损伤的变化最为敏感,且随损伤程度的不断增加呈现出不断衰减的趋势.因此,利用波动法的压电智能混凝土结构损伤主动识别技术中,主动监测信号的幅值可作为损伤识别的主要特征参量.在此基础上进一步从理论上证明了信号幅值作为损伤特征参量的有效性. (4)在以信号幅值作为特征参量的基础上,提出了利用信号能量衰减的损伤程度判定方法.针对混凝土结构形体较大的特点,提出利用传感器列阵的损伤近