桥梁施工质量风险点及通病防治.ppt

6 桥梁智能化加固技术探讨 旧桥的智能化检测与加固，利用碳纤维混凝土的传导性能可以实现桥梁结构的智能检测和监控，利用其导电导热性能，并利用短切碳纤维短柱实现了桥梁承载能力的自我提高和恢复。①通过试验获得CFRP混凝土材料特性，主要为电—热效应、导电性能、时间温度关系、时间变形关系；②我们提出了旧桥加固改造组合桥梁智能结构理论，具体提出了三种智能结构： a.梁中CFRP混凝土层桥梁结构:梁弯矩和挠度分别下降54﹪和96﹪。b.桁架梁智能结构:这就可智能化地向梁提供向上的力，从而减少梁的弯矩和桡度，效果分别达到73﹪和64﹪。c.斜撑梁智能结构:梁的弯矩和桡度减少，效果都可超过90﹪甚至达到100﹪。 桥梁智能化加固改造技术 6.1研究的意义 将智能材料特别是碳纤维智能材料应用于桥梁建设和加固改造中，应用碳纤维混凝土的传导性、电—热效应、电—力效应，实现桥梁结构的智能检测和监控，自我提高和恢复桥梁的承载能力和変形能力，这就开拓了碳纤维混凝土应用领域，并为桥梁的建设和加固改造，以及桥梁结构智能化提出新的研究方法，而且为新型桥梁开发和旧桥加固改造拓展一条新路。 6.2短切碳纤维混凝土层智能桥梁理论 （ 1）短切碳纤维混凝土特性 在混凝土中掺入短切碳纤维，可以在不同程度上改善混凝土的力学性能，提高它们的使用价值和耐久性，同时还可以改善混凝土的导电性和导热性能，使新的复合混凝土具有压敏和温敏(包括塞贝克效应和阻温特性)效应等机敏性。碳纤维能实现应力、应变和疲劳损伤以及温度的自诊断检测，因而具有多功能特性，从而可以配制出具有导电、屏蔽磁场、屏蔽电磁辐射和应力、应变自检测以及温度自测等多功能的水泥基复合材料。由于它是高弹模、高强度纤维增强的水泥基，因而具有高抗拉、高抗弯、高断裂能、低干缩率、低热膨胀系数、耐高温与高阻燃能力、高耐久、耐老化、抗腐蚀、高抗渗等并与老混凝土、金属的接触电阻低和由良好的电磁屏蔽效应而且能减轻结构自重，故碳纤维增强水泥基复合材料将能够实现智能材料向智能土木结构的转变。 桥梁智能加固技术探讨 （2）智能原理研究 桁梁组合智能桥梁是主动结构的一种形式， 是对桥梁结构如何智能化的有意义的探讨。 它是利用智能材料制成传感元件和作动 元件，并将其集中成为一种既能承载 又能作动和传感的主动构件， 然后将主动构件配置于桁梁组合 结构的若干关键部位而形成的 一种新型结构，并通过中央 控制器对结构进行控制。根据 结构的动态响应和控制要求， 控制主动构件，自适应地改变 结构的特性，实现结构特性的自调节功能，以增强结构适应于外界环境的能力，满足桥梁安全运行的性能要求。本智能桥梁实验采用两种结构形式，一种为桁梁组合智能结构，本智能桁梁结构将图4-3中杆⑥、⑦直接利用短切碳纤维混凝土制成；另一种为斜撑桥结构，简支板梁下为三角刚构支撑，两者之间设短切碳纤维砼短柱。这两种智能结构型式其实都是智能材料耦合桥梁。 ①-电力效应 ②-力电效应(或机械电效应) ③-热力效应 ④-机械热效应 ⑤-焦耳效应 ⑥-塞贝克效应 图1水泥和水泥基复合材料的热、力、电相互作用 桥梁智能加固技术探讨 车辆驶入感应测重区 图2 智能桥梁工作流程 桥梁智能加固技术探讨 6.3智能桥梁结构设计 （1）创新性： 由于主动控制耗能过大，国内外对智能结构的研究多集中在智能材料的运用及采用半主动控制理论方面，亦即集中在传感器与控制器的共同作用（桥梁健康监测系统）处，使得智能结构的研究滞于智能自诊断土木结构层面，而没有实现对智能控制土木结构层面研究的突破。本文立足于结构工程领域，力图以一个简易结构来阐述如何在土木结构中利用作动器实现结构的智能控制以及其对提高结构物抵抗力的效果。 桥梁智能加固技术探讨 （2）桁梁梁智能结构之一 一般的桁架组合结构，是以桁架为主体承重结构，混凝土板或钢板作为连接件，加强结构整体刚度。国外也出现了实腹梁和桁架组合结构的新桥型。文中所提出的桁架组合梁结构如图4所示，上部为实腹梁，下部为桁架，但它不同于一般的桁架梁结构。该模型上部梁结构为具有很大刚度且能独立承载的钢筋混凝土梁，下部桁架中杆件⑥、⑦为联入了作动器的智能构件，钢筋混凝土梁本身是按一定标准荷载等级设计而成的，附属桁架主要为作动器起支撑作用，显然，两者的组合，本身就提高了桥梁的整体刚度。当控制系统对作动器发出工作指令时，作动器同时对桁架及板梁施加一对作用力,形成 如图5所示的体系结构（作动器工作时）。 图3一般桁梁组合结构（模型1） 图4智能组合结构(模型2) 图5 简支梁 桥梁智能加固技术探讨 显然在