智能材料_结构系统在土木工程中的应用_瞿伟廉
智能材料与结构在土木工程领域的应用
智能材料 与结构是指 能模仿生 物体 ，同 时具 有感 知和控制等 功能的材料或结 构 ，它 既能感 知环境状 况 又能传输分析有关信息 ，同时作出类似有生命物体的 智能反应 ，如 自诊 断 、自适应 或 自修 复等 。这种材料 与
一一 结构一般具有 四种主要功能：①对环境参数的敏感；②
种物理参数及其分布状况，是一种较理想的基础智能 材料 。 １．２ 传输特性
智能材 料 与结 构不 仅需要 敏感 环境 的各种 参数 ， 而且需要在材料 与结构 中传递各 种信息 ，信息量特 大。目前 用于智 能材料 中信息传递的方法很多 ，最 常用 的是用光导纤维来传递信息。 ｌ－３ 智能特性
合到预应力 钢绞线 内 ，从而实 现钢 绞线整体 或分 布变 形 的实 时监测 ，为 预应 力锚 固结 构的运行 提供参 考依 据。经过反复室内试验证明，传感器伸长与光纤内传输 光 的损耗基本成线性关系 ，而且具有较好 的重复性 ． ３．５ 混凝上结构温度 的监测
对重力坝进行温度诊断，可在坝体 内设置一套温度 感应神经网络为光纤温度传感器，形成分布在重力坝 内的温度感应神经元 。将所有的温度信号输送到信号 接收器 中 ，然后 通过专家 系统将信息进 行处理 、储存 并 显示 。光纤 中的光信号不受 电磁场 的干扰 ；光纤温度传 感器体积极小 ，可在坝体内多线 、多点设置 ，对坝体强 度 影响较小。因此，该温度感应神经网络可用于重力坝 的温度 自诊断，而温度变化引起的坝体张应力变化是影 响重力 坝安全 和使用 寿命 的最主要 因素 。 ３．６ 混凝 上结 构安全性 和稳定性 的监 测
土木工程中的智能建筑材料应用研究
土木工程中的智能建筑材料应用研究
智能材料在土木工程中的应用研究具有重要意义。
以下是对智能材料在土木工程中应用的一些研究：
1. 感知和自适应能力：智能材料能够感知外部环境的变化，并做出相应的反应。
在土木工程中，智能材料可以用于监测结构的健康状况，并及时进行自我修复。
例如，智能混凝土可以监测其内部的裂缝和损伤，并通过自我修复机制来恢复其完整性。
2. 智能控制和自动化：智能材料还具有智能控制和自动化的能力。
在土木工程中，智能材料可以用于自动化施工和智能建造。
例如，通过智能材料的使用，可以精确控制施工过程中的温度、湿度和压力等参数，从而提高施工质量和效率。
3. 环保和可持续性：智能材料通常具有环保和可持续性的特点。
在土木工程中，使用智能材料可以减少对环境的影响，并提高建筑的可持续性。
例如，使用智能混凝土可以减少水泥的使用量，从而降低碳排放量。
4. 抗震减震：在地震高发区，建筑物的抗震能力是至关重要的。
智能材料具有感知和自适应能力，可以用于提高建筑的抗震性能。
例如，使用智能隔震支座可以在地震发生时自动调整位置和形状，从而减少地震对建筑物的影响。
5. 结构健康监测：结构健康监测是土木工程中的一项重要技术。
通过使用智能材料，可以实现对建筑物结构的实时监测和预警。
例如，
使用光纤传感器可以监测结构的变形和裂缝等变化，从而及时发现并解决问题。
总之，智能材料在土木工程中的应用研究具有重要的意义。
未来随着技术的不断发展，相信智能材料将在土木工程中发挥更大的作用。
浅析智能材料在土木工程结构振动控制中的应用
在将 电压加在压 电材料上后 ，上下部分的压 电材料间发生完全相反 的应变 ，产生 的控制力矩将作 用于被控的 目标 。在受拉情况下 ，压 电材料将呈现 出脆性 ，所 以
三 ．智能材料在 土木工 程结构振 动控 制 中的应用
（ 一 ）电， 磁流 变流体
为 了确保在交变 电场中 ，压电材料一直呈现 出压缩状态 ，应 当具备一定 的预压荷 载 。相关研究显 示 ，在复合粱 中插入压电陶瓷能够将梁首 阶模态 的阻尼 比提高两
、
结构 振动控 制简 介
了消能器后 ，可以吸收大约 ６ ０ ％的地震能量，并且显著抑制、降低 了结构的位移。
在 １ ９ ９ ３年 ， Ａ ｉ ｋ ｅ ｎ等人 已经对形状记忆合金进行了相关研究，他们通过拉锁 的形
结构振动控制不仅能够提高建筑物对地面运动 的抵抗能力 、 降低输入干扰力 ，
还能够在发 生地震时进行连续 的 自 动调 整。但是 ，在实 际使用过 程中 ，该技术存
就性能而 言 ，电流变液 、磁流变液具有很 多的相似之处 ，但是利用磁 流变液 制作装置 的优点更多 ： 第一 ，利用磁流变液制成的装置能够在一 ４ ０ — １ ５ ０ ￣ Ｃ 条件下运 行 ，并且具有很 强的抗干扰能力 ，在 土木 工程结 构中非常适用 ；第 二，利 用磁流 变液制成 的控制装置 ，不仅结构非 常简单 ，并且其输 出力能够跟 随外部荷载的变
性质 、内部消耗 、阻尼 、 振 动频率、刚度 、大小 以及外部形状等进行 自 动 的改变 ，
利用压 电材料 制作的减 震装置已经被成功应用在机械工程 、航空结构等 的振 动控制 中，压 电材 料智能减震结构是一种主动控制系统 ；该结构优点有很 多，比
如外加能源地 、具有较高的精确度 、反应灵敏 以及较好 的密实性等等 。当前对压
浅谈在土木工程中智能材料的应用
关于压电智能材料在土木工程的应用前言：智能材料还没有统一的定义。
不过，现有的智能材料的多种定义仍然是大同小异。
大体来说，智能材料就是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。
具体来说，智能材料需具备以下内涵：(1)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度，如电，光，热，应力，应变，化学，核辐射等；(2)具有驱动功能，能够响应外界变化；(3)能够按照设定的方式选择和控制响应；(4)反应比较灵敏,及时和恰当；(5)当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态。
智能材料的发展为土木工程结构长期实时健康监测提供了新的研究方向。
这些智能材料具有传感，或者传感与驱动的双重功能，能够与工程结构融合在一起组成智能健康监测系统其中基于压电陶瓷(PZT)电-机耦合特性的阻抗技术以其对结构初始损伤敏感、对外界环境影响的免疫力强，使用成本低、适宜在线监测的特点得到越来越多的关注。
PZT质量轻，对本体结构影响很小，可以粘贴在已有结构的表面或埋入新结构的内部对结构进行监测，是“主动”的健康监测方法。
一、智能材料的土木工程现状为了能够更好的解决评估结构的力度和安全性以及持久性这些问题，智能的土木结构渐渐开始逐渐被重视和应用。
这种结构可以对建筑物进行监测和预测，不仅能够降低维修的费用，同时还能加强评估的能力。
现如今的监测技术对土木工程不能进行有效的监督，这就导致了对损坏情况不能进行正确的评估，这些方法都有着致命的弱点，也就是将预测的点从外面向内部来延伸，这样会渗入不同的数据信息，从而产生错误和混淆。
倘若如此，就会失去监测的意义，效率也会下降，甚至还会因此完全错误的结果。
而智能材料则恰到好处的解决了这个麻烦，它在土木结构中安装了传感器，构成一个网络，同时还有效的监控土木结构的性能，这便是这种材料的有效应用。
例如在现代的高层建筑、桥梁、发电站等工程中，这种结构已经被广泛应用。
智能材料在土木工程中的应用探讨
智能材料在土木工程中的应用探讨各种智能材料在土木工程中得以广泛应用，对于提高土木工程的安全性、适用性、耐久性具有极为重要的意义，下面是搜集的一篇探究智能材料在土木工程应用的，供大家阅读参考。
随着人们对土木工程质量和使用功能的要求不断提高，包括光纤、压磁、压电、记忆合金等各种智能材料在土木工程领域得到了广泛的应用。
文章介绍了智能材料的概念、特点及其在土木工程中的应用情况，并展望了其在未来的应用趋势。
随着人们对土木工程质量和使用功能的要求不断提高，包括光纤、压磁、压电、记忆合金等各种智能材料在土木工程领域得到了广泛的应用，有效解决了土木工程中结构构件的强度和刚度变化以及形变等问题，有关智能材料的研究越来越受到世界各国研究人员的重视。
有关智能材料(In ___igent ___terial)目前在世界范围内还没有一个统一的概念，但通常来说，智能材料就是指本身具备感知外部和内部环境的变化，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。
在土木工程领域，智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料后的 ___材料。
在土木工程中，智能材料根据其功能特点的不同可分为感知材料和智能驱动材料两大类，其中感知材料就是自身可感知外界环境或内部 ___的材料，而智能驱动材料是指当外界环境因素或内部状态发生变化时可对这种变化做出响应或驱动的材料。
总体上来说，智能材料主要有七个功能，即：(1)感知功能：可对外界或内部的 ___进行监测和识别;(2)反馈功能：将监测到的内容传输、反馈;(3)信息识别和积累功能：对反馈的信息进行识别和记忆;(4)响应功能：对外界和内在变化进行及时、灵活的响应;(5)自诊断功能：对于信息进行诊断、分析;(6)自修复能力：按照设定的方式对故障进行修复;(7)自适应能力：在外部 ___消除后可自行恢复到原状态。
可见，智能材料可实现结构或构件的自我监控、诊断、检测、修复和适应等各种功能，实际工程中，要想实现这么多功能一般需要多种智能材料的组合来达到目的。
土木工程中的智能材料与结构研究
土木工程中的智能材料与结构研究近年来，随着科学技术的不断进步，土木工程领域引入了智能材料和结构的研究。
智能材料是指那些能够根据环境条件或外部刺激自动调整其性质和功能的材料，而智能结构则是利用智能材料构建的具有自适应特性的工程结构。
本文将从智能材料和智能结构两个方面探讨土木工程中的智能材料与结构研究。
一、智能材料在土木工程中的应用1. 智能感知材料智能感知材料具有感知外界信号的能力，能够实时获取并传递外界信息。
在土木工程中，智能感知材料广泛应用于结构健康监测领域。
通过嵌入智能感知材料到结构中，可以及时监测结构的变形、应力和振动等参数，预测结构的损伤状况，提高结构的安全性和可靠性。
2. 智能调控材料智能调控材料能够根据外界环境变化自动调节其内部结构和性能。
在土木工程中，智能调控材料主要应用于隔振减震和形状调控领域。
通过使用智能调控材料构建的隔振减震系统，可以有效减少地震或风振对建筑结构造成的影响，保护建筑物及其内部设备的安全。
同时，智能调控材料也广泛应用于桥梁工程中，通过调节材料的形状和性能来改变桥梁的刚度和几何形态，提高桥梁的自适应能力和荷载承载能力。
3. 智能修复材料智能修复材料能够根据结构损伤的位置和程度自行修复，降低了维修和更换的成本。
在土木工程中，智能修复材料主要应用于混凝土结构和金属结构的修复领域。
智能修复材料通过嵌入微胶囊或纳米颗粒等修复剂，在结构损伤发生后自动释放修复剂，填补或修复结构中的裂缝和损伤，恢复结构的完整性和功能。
二、智能结构在土木工程中的应用1. 智能悬挂系统智能悬挂系统是指通过在建筑物或桥梁的结构中嵌入智能材料和传感器，实现对结构自适应运动控制的技术。
在土木工程中，智能悬挂系统广泛应用于高速铁路、地铁和大跨度桥梁等工程。
通过智能悬挂系统的应用，可以降低结构对地震和风振的响应，提高结构的安全性和舒适性。
2. 智能保温系统智能保温系统是指通过调节和控制建筑物墙体、屋顶和窗户等部位的密封性和保温性能，实现自动调控室内温度的系统。
土木工程中智能材料的运用
土木工程中智能材料的运用1智能材料在土木工程中的应用1.1光导纤维在混泥土材料的监控光导纤维材料，是一种光通信介质，其最大优点是传输速度快、信号衰减低和并行处理能力较强，经常被用于高要求的通信传输中。
光导纤维和光纤传感器在土木工程中，主要用于对混泥土固化的监控。
混泥土结构最大的缺点是抗拉强度弱、内部钢筋容易被腐蚀等，在大面积浇筑过程中由于混泥土结构内部和外部温度差异而导致混泥土块体出现裂缝。
这种情况下，将光纤作为传感元件埋入混泥土结构中，对结构的强度、温度、变形、裂缝、振动等可能引起混泥土结构损伤的危险因素进行检测、诊断、预报。
更进一步，如果控制元件能接入信息处理系统，并引入形状记忆类金属等智能材料，形成完整的控制系统，将能实现混泥土材料的自适应功能———这正是目前智能材料结构系统在土木工程中应用的前沿课题。
1.2压电材料压电材料一般是指在收到压力后，材料两端会出现电压的晶体材料。
压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。
传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知，利用传感器输出结果，从而实现对于震动的感知和预警。
在此基础上，采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量，从而实现对于结构震动的控制，这是目前压电类智能材料的研究前沿。
随着研究的深入和技术的进步，压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。
1.3压磁材料压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。
基于磁流变材料的原理，当磁场的强度高于临界强度时，磁流变在极短时间内从液态向固态转化。
在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。
基于这点，磁流变材料可用于高层建筑的结构中，实现对地震的半主动控制。
因为潜在应用前景的广阔，使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。
磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应，这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换，这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。
智能材料在土木工程结构中的创新设计与应用
智能材料在土木工程结构中的创新设计与应用摘要：随着科技的不断进步，智能材料在土木工程结构中的应用越来越受到关注。
智能材料具有响应外界刺激并能够改变其性能的特点，为土木工程结构的创新设计和功能增强提供了新的可能性。
本文通过探讨了智能材料在土木工程结构中的创新设计与应用，希望可以更好地理解智能材料的潜力，并促进其在土木工程领域的广泛应用，推动土木工程领域的可持续发展和创新。
关键词：智能材料；土木工程结构；创新设计与应用引言智能材料作为一种新型材料，在土木工程领域的应用和研究中展现了巨大的潜力。
智能材料具有感知、响应和调节环境的能力，可以根据外部刺激做出自适应性的变化，从而实现结构的智能化和优化。
智能材料的引入为土木工程结构的设计与应用带来了革命性的变化，以往传统材料所无法解决的问题得以有效解决。
随着科学技术的不断进步，越来越多的智能材料被应用于土木工程结构中。
智能材料在土木工程结构中的创新设计与应用不仅能够提高结构的安全性和舒适性，还可以实现能源的可持续利用和环境的可持续发展。
本文旨在总结智能材料在土木工程结构中的创新设计与应用，并探讨其对土木工程领域的影响。
一、智能材料的分类和特性智能材料可以根据其响应机制和特性进行分类。
形状记忆材料（Shape Memory Materials）具有形状记忆效应和超弹性特性。
在受到外界刺激（例如温度变化）时，能够恢复其预定的形状或变形。
用于结构自适应调整、减震装置、智能门窗等。
传感材料（Sensing Materials）能够感知环境参数，并将其转化为可测量的信号。
对于特定的物理或化学参数（如应变、温度、湿度等），能够产生可测量的响应。
用于结构健康监测、环境监测、生物医学传感等。
自修复材料（Self-healing Materials）具有自修复损伤的能力，能够自动修复裂纹和损伤。
通过内部储存的自修复剂或自愈合机制，使材料重新连接和恢复完整性。
用于延长结构寿命、减少维修和更换成本。
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收稿日期:1999-06-16基金项目:国家自然科学基金资助项目(59758049)作者简介:瞿伟廉,男,53岁,武汉工业大学土木工程与建筑学院119卷3期 1999年9月地震工程与工程振动EAR THQ U AKE ENG INEERIN G AN D EN GI NEER ING V IBRAT ION Vol 119,No 13Sep 1,1999文章编号:1000-1301(1999)03-0087-09智能材料-结构系统在土木工程中的应用瞿伟廉,李卓球,姜德生,官建国,袁润章(武汉工业大学,湖北武汉 430070)摘要:本文在简要说明了/智能材料-结构系统0的基本概念和它在土木工程结构中的两种应用途径的基础上,较为系统地介绍了光纤材料、碳纤维混凝土、愈合管道、形状记忆合金、ER 电流变液、M R 磁流变液和PE 压电材料等七种智能材料(或器件)在土木工程结构中的应用。
主题词:智能材料;智能结构;土木工程;机智混凝土;智能阻尼器;智能作动器中图分类号:P 3151976 文献标识码:AApplication of intelligent material structure system in civil engineeringQU Wei -lian,LI Zhuo -qiu,JIANG De -sheng GUAN Jian -guo,YUAN Run -zhang(Wuhan University of Technology)Abstract:On the basis of introducing the basic principle of intelligent material structure sys -tem and its two application approaches in civil engineering,this paper presents system atica-l ly the pract ical applicationin civil engineering for seven kinds of smart materials w hich are optical fiber,carbon fiber concrete,healing tube,shape memory alloy,electro -rheological fluid,magneto -rheological fluid and piezoelectric material 1Key words:smart material;intelligent structure;civil engineering;smart concrete;smart damper;smart actuator1 智能材料-结构系统的概念/智能材料-结构系统0(Smart/Intelligent Materia-l Structure System)是一种新兴的多学科交叉的综合结构体系。
从80年代末起,随着材料技术和大规模集成电路技术的发展,美国军方首先提出了,/智能材料-结构体系0的概念,并展开了大规模的研究。
如今,它的研究已遍及很多行业,并且发展十分迅速,越来越受到工程科学家的重视。
那么,什么是/智能材料-结构系统0呢?所谓/智能材料-结构系统0是指以智能材料为主导材料,具有仿生命的感觉和自我调节功能的结构系统。
这里所说的智能材料是某些具有特殊功能的材料、如电流变材料、磁流变材料、光纤材料、压电材料、磁致伸缩材料和记忆合金等。
当把这些智能材料按其特殊功能以某种方式融合到结构基体材料之中或与结构构件相结合时,它就会发挥自88地震工程与工程振动19卷己的传感和驱动功能来实现结构的感觉和自我调节功能。
显然,这样的一种体系可使结构由不变的、无智能和无生命的向可变的、有智能和有生命的方向发展,它代表了工程结构的发展方向,为工程结构的深刻变革揭示了一个光明的前景。
目前,智能材料-结构系统已在各行各业开始应用。
但是,当前智能材料-结构系统的主要应用对象是较轻和价格较为昂贵的复合材料结构及汽车,航空航天飞行器等。
那么,它在土木工程中的应用前景如何呢?考虑到土木工程结构的特点是结构体型粗大,结构材料粗糙(如混凝土)和结构荷载能量巨大,因此/智能材料-结构系统0在土木工程中的应用方式显然要有别于一般的复合材料结构。
根据我们目前的研究,智能材料-结构系统在土木工程中的应用途径主要有以下两个方面: 111具有自诊断和自适应功能的/机敏混凝土结构0这类结构将智能材料融合到结构混凝土中,以赋予结构混凝土以某种机敏特性。
通过智能材料本身所具有的特殊功能,使/植入0智能材料的机敏混凝土结构构件具有自诊断、自增强、自我调节和自愈合的功能。
根据机敏混凝土结构自诊断、自适应功能目标的不同,它大概可分成以下几类:(1)具有裂缝自诊断和主动控制功能的机敏混凝土结构;(2)具有裂缝自愈合功能的机敏混凝土结构;(3)具有应力状态自诊断功能的压敏混凝土结构;(4)具有温度分布自诊断和自调节功能的温敏混凝土结构;(5)具有结构变形自监测和自适应功能的机敏混凝土结构;(6)具有钢索应力自监测功能的机敏索结构。
112具有感觉和自我调节功能的/智能减振结构0这类结构由可调参数智能材料结构构件(或智能材料控制器)和普通结构构件组合而成,它是以动力传感器作为结构振动状态的/感觉神经0,由智能材料调节器(或智能材料控制器)根据/感觉神经0测得的结构振动状态自我调节智能材料结构构件的参数(或施加控制力),实现减小整个结构振动反应的目的。
因此,从根本上说,它与普通的半主动或主动振动控制结构是一样的,只是在调节参数(或施加控制力)的手段上采用了智能材料。
由于智能材料调节器或控制器是通过改变外加电场或磁场的强度来调整智能材料的状态,从而调整结构参数的,因此它的构造简单,实现容易,变化速率要远远大于常规半主动控制和电液伺服系统中使用的电磁阀装置和电液伺服系统。
这就使得/智能减振结构0几乎没有时滞,控制的品质远远优于常规的半主动或主动控制结构。
这也就是/智能减振结构0能有旺盛生命力的原因所在。
应该看到,由于某些智能材料的特殊功能,尽管它不具备结构半主动或主动振动控制所需的正逆向快速变化的速率,但它却可以制作成性能优良的被动控制装置。
据此,本文将目前在土木工程中可应用的智能减振结构分为:(1)智能半主动控制结构;(2)智能主动控制结构;(3)智能被动控制结构。
2光纤机敏混凝土结构光纤的主要材料是SiO2,它由内、外两层介质构成。
内层是一个透明的圆柱形介质,它位于光纤的中心,称为纤芯。
外层是轴对称并与纤芯共轴的圆环形透明介质,称为包层。
由于纤芯材料的折射率n1大于包层的折射率n2,因此根据Smell原理和全内反射法则,当光在具有高折射率的纤芯向低折射率的包层传播时将被全部反射回纤芯。
这样,光在光纤中传播将很少损失能量,从而可以传播至很远的地方。
用光纤材料制作机敏混凝土结构是将光纤直接埋入混凝土结构中。
这样,当结构因受力和温度变化产生变形或裂缝时,就会引起埋置其中的光纤产生变形,从而导致通过光纤内的光在光强、相位、波长或偏振方面发生变化。
由于光纤传感器就制作在光纤上或直接利用光纤本身,因此通过它就可获取光变化的信息,从而确定结构的应力、变形或裂缝,实现结构应力、变形和裂缝的自监测和自诊断。
考虑到光纤传感可实现分布式监测,即在混凝土结构中布设光纤网络,这样不管结构何处的应力、变形和裂缝,都可以被监测到。
这充分说明,光纤机敏混凝土结构是一种具有强大自监测和自诊断功能的智能材料结构。
目前,自诊断光纤机敏混凝土结构已有了相当多的工程应用,主要为:(1)混凝土养护中温度及温度应力的自监测大体积混凝土养护过程中将有大量的热量释放,从而在混凝土中产生温度应力和温度裂缝。
为防止温度裂缝的发生,可通过埋置于混凝土中的光纤温度传感器实施混凝土内部温度的监测,为养护过程中控制冷却速率提供依据。
这已在日本输水隧洞施工的混凝土养护中得到了应用。
(2)混凝土结构裂缝的自监测和自诊断混凝土结构的裂缝主要可分为由应力引起的结构裂缝和由温度引起的温度裂缝。
由于前者要危及结构的安全,后者会影响结构的使用,因此及时发现和处理混凝土结构的裂缝显得尤为重要。
裂缝的发生可以用埋设在混凝土中光纤光强的变化来监测,而裂缝的定位可用多模光纤在裂缝处光强的突然下降或用OTDR 来诊断完成。
目前通过光纤机敏混凝土实现对混凝土结构裂缝的监测已用于美国的Schiessbergstrasse 大桥的桥面上下。
(3)混凝土结构应力、应变和变形的自监测对于大型的混凝土结构,监测其应力、应变状态是重要的,这将有助于掌握大型结构中主要构件的工作状态及混凝土中温度和蠕变的影响,这已在Schiessbergstrasse 桥上用埋入桥墩上部及桥面跨中受拉区的光纤传感器得到了实现。
此外,由于混凝土坝和堆石坝等大体积混凝土结构有着非常高的安全性要求,因此对它的变形监测变得十分重要。
目前人们已研究了多种光纤变形传感器,可实现重力坝横缝的三向位移监测,并已在德国的Schmalw asser 沥青混凝土芯墙坝上得到了实现。
(4)与混凝土结构配合的钢索应力和变形的自监测若将光纤预制在树脂或其它纤维内,形成杆状结构,然后再同钢索束绕在一起,那么此光纤就可实现对钢索应力和变形的自监测。
它可用于预应力锚索承载力的自监测,以诊断锚索是否会失效或破坏。
它还可应用于斜拉桥和悬索桥上索的应力和变形的自监测等。
3 碳纤维机敏混凝土结构碳纤维混凝土是在普通混凝土中分散均匀地加入碳纤维而构成,它最主要的特性是压敏性和温敏性。
由于碳纤维是导电的,因此由碳纤维和碳纤维之间未水化的水泥颗粒、水化产物、缺陷裂纹等阻隔所形成的势垒构成了具有一定电阻的导电网络。
随着压应力的变化,碳纤维混凝土的电阻率也会变化,这就是碳纤维混凝土的压敏性。
通过试验可以了解碳纤维混凝土压应力和电阻率的关系曲线基本上可分为无损伤、有损伤和破坏三段。
当压应力较小时,电阻率随压应力的增加而减小。
这是由于混凝土内原有缺陷裂纹在压应力下闭合,纤维间势垒变窄所致。
此时混凝土材料在正常工作范围。
随着压应力的增大,一方面混凝土中开始产生损伤和新的裂纹,另一方面原有缺陷裂纹还在闭合之中,它们处于一种动态的平衡之中。
因此,此阶段电阻率基本上没有变化,但混凝土材料已开始出现损伤。
而随着压应力的继续增大,混凝土的损伤和新的裂纹加剧,碳纤维混凝土的电阻率迅速增大,直至破坏。
碳纤维混凝土的另一个重要特性就是它的温敏性。
一方面,当碳纤维混凝土试块两端有温差时,会在此两端产生电压差,其冷端为负极,热端为正极,即所谓的热电效应。