兼具结构补强与健康监测功能的智能补强片设计

摘要

土木工程领域中，结构补强与健康监测对保障结构的安全发挥着重要作用。纤维增强树脂基复合材料以其轻质、高强、耐腐蚀性好等优点，成为结构加固领域中备受青睐的补强材料。随着光纤传感技术的发展，新的研究成果不断被应用到结构健康监测领域，光纤传感器作为一种现代监测手段成为结构健康监测系统中重要的组成元件之一。将光纤传感器或其他具备传感功能的元件与纤维增强复合材料结合，制成集结构健康监测和补强功能于一身的新型智能补强片，在工程中具有广阔的应用前景。
　　设计并制作了基于光纤应变计和电阻应变片的复合材料智能补强片，对智能补强片的设计方法以及性能进行探索，对其应用到实际结构的补强效果进行研究。首先，介绍了智能补强片设计中用到的相关理论和需要考虑的因素，设计并制作出用于双金属组合梁补强实验的智能补强片，以及为研究光纤在层合板中正常工作寿命用的光纤应变计智能补强片抗弯试件，通过实验和有限元分析对抗弯试件受力和破坏情况进行研究。然后，通过实验得出双金属梁在不同连接形式下受纯弯曲作用时正应力沿高度分布规律，并将制作出的智能补强片粘贴在组合梁侧面补强，对补强和应力监测效果进行研究。之后，对组合梁实验建立有限元模型进行仿真，计算分析得出数值解与实验值相符合。最后，研究了用智能补强片补强带裂纹的混凝土薄板，并通过有限元分析得出随裂纹深度变化，不同弹性模量和厚度的胶层对补强效果的影响规律。
　　通过理论、实验和有限元模型仿真，完成了智能补强片的设计和制作，并且将其用于组合梁补强和应力监测，通过数值模拟得出补强用胶对带裂纹板补强效果的影响，为智能补强片应用到多种实际工程中提供参考。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 结构健康监测研究现状

1.3 复合材料补强研究现状

1.4 智能复合材料研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 智能补强片设计与制作

2.1 引言

2.2 智能补强片设计

2.3 智能补强片制作

2.4 光纤智能补强片抗弯实验

2.5 光纤智能补强片抗弯模拟

2.6 本章小结

第3章 双金属组合梁补强实验

3.1 引言

3.2 纯弯曲梁理论计算

3.3 组合梁四点弯曲实验

3.4 智能补强片用于组合梁补强实验

3.5 本章小结

第4章 双金属组合梁补强模拟

4.1 引言

4.2 全接触面粘接组合梁四点弯曲实验模拟

4.3 半接触面粘接组合梁四点弯曲实验模拟

4.4 自由叠梁双面补强实验模拟

4.5 全接触面粘接组合梁双面补强实验模拟

4.6 半接触面粘接组合梁双面补强实验模拟

4.7 本章小结

第5章 带裂纹混凝土板补强模拟

5.1 引言

5.2 带裂纹混凝土板修补模型

5.3 受拉补强模拟

5.4 受弯补强模拟

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录

声明

致谢