本论文的研究课题来源于国家自然科学基金重点项目——机敏混凝土及其结构(项目编号:50238040)。 进入21世纪,人类对于重大工程的长期安全的检测与监控提出了越来越高的要求,没有长期安全检测与监控的重大工程是人类所不能接受的工程。大型结构和基础设施,如桥梁、超高层建筑、大跨空间结构、大型水坝、核电站、海洋采油平台及港口设施等的损伤积累和灾变行为日趋突出。混凝土是土木工程中应用最广泛的结构材料,混凝土结构除受到外界载荷影响外,还面临着钢筋锈蚀、冻害、环境侵蚀等三大问题,而重大工程结构和生命线系统的使用期长达几十年、甚至上百年,载荷的疲劳效应、环境腐蚀和材料老化等灾变因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减,从而抵抗自然灾害的能力下降、甚至引发灾难性的突发事故。因此,重大土木工程结构和基础设施的健康监测已成为土木工程领域的重要研究课题。 碳纤维增强混凝土(CFRC)是在普通混凝土中掺入少量的导电相——碳纤维,可以极大地改善其导电性能,并具备了某些功能特性。CFRC比普通混凝土有更好的力学性能和抗冻融性能以及低干缩性。功能特性主要有:压敏性、温敏性、热电效应、力电效应等。当CFRC发生损伤时它的电阻会发生变化。此时水泥浆体产生微裂纹,碳纤维折断,碳纤维与水泥浆体之间的接触减弱,使电阻值不可逆的增大。利用CFRC电阻的损伤响应可以来检测混凝土损伤的发生及发展情况。 本文的主要研究成果如下: 1,混凝土局部损伤的检测。考察了在单调压缩、循环压缩和蠕变三种加载条件下碳纤维混凝土的损伤,用材料电阻率变化和红外热像技术分析了构件压缩变形的不均匀性,并与用应变片测量进行了比较。结果表明:利用CFRC的导电性扩展了材料局部化破坏检测的手段,用电阻率变化和红外热像技术分析不损坏试样,直观,精度高,为混凝土结构的健康诊断提供了新的方法。同时通过混凝土构件在受单轴压缩时存在应变不均匀性问题,指出应变标距的选择与材料刚度的关系,应变梯度与损伤的关系。为准确测试岩石、混凝土等材料的基本力学性能提供依据。 2,进行了混凝土残余寿命的预测。碳纤维混凝土的电阻变化与损伤有一定的对应关系,混凝土构件在服役过程中损伤累积导致其电阻不可逆的增大,通过