基于热传导理论的钢管混凝土拱肋界面脱空的定性识别-论文.pdf

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1、第26卷第3期沈阳大学学报(自然科学版)Vo1．26，No．32014年6月JournalofShenyangUniversity(NaturalScience)Jun．2014文章编号：2095—5456(2o14)o3—0244—04基于热传导理论的钢管混凝土拱肋界面脱空的定性识别毛健，潘盛山(大连理工大学建设工程学部，辽宁大连116O24)摘要：针对钢管混凝土拱肋的界面脱空损伤对拱桥承载力的影响，以及现有检测方法的不足，提出了一种新的钢管混凝土界面脱空的无损检测方法。该方法以外壁分布式测温为基础，利用钢管、混凝土、空气三种材料的温度特性的不同确定脱空是否存在及脱空的位置．通过数值

2、模拟与试验结果的互相对比，验证该方法的有效性与可行性．关键词：钢管混凝土拱桥；界面脱空；温度特性中图分类号：U448．22文献标志码：A近几十年来钢管混凝土拱桥在国内外得到了1基于热传导理论的钢管混凝土拱肋界广泛运用，包括我国在内的许多国家都对此类桥面脱空实时监测的新方法型进行了研究．根据文献Eli统计，截止到2010年6月，在我国跨径50m以上的钢管混凝土拱桥共基于结构测温的损伤识别技术正在快速发327座，其中跨径300m以上的仅有9座．值得注展，红外热像技术就是利用结构的热辐射探测内意的是，在没有较为完善成熟的设计理论指导前部损伤[6]．因其操作简单、实用，这种方法被越来提下，修建

3、数量如此众多的大跨度钢管混凝土拱越多地应用于各个行业的损伤识别．然而，由于红桥，其耐久性如何，服役一段时间后是否会出现大外热像仪成本较高，且检测时受环境及被检测结构表面材料特性影响较大，制约了红外热像损伤量的病害，是研究者关心的重要课题．识别技术的发展．根据文献[2—3]统计钢管与混凝土的界面脱根据热传导理论[7]，不同材料的热物理特性空是必然的，并且这是钢管混凝土拱桥的主要病是不同的．由于钢材、混凝土及空气之间的热物理害之一．文献E4]认为脱空使钢管失去了对混凝土特性存在较大差异，当对钢管混凝土构件加热时的套箍作用，混凝土局部受力截面削弱，并且降低脱空区域和非脱空区域会形成温度差．文

4、献E8]通钢管混凝土拱桥的整体承载力，严重影响结构的过对试件加热，利用红外热像仪检测试件的温差使用安全，因此钢管混凝土界面脱空的实时监测变化，可以很明显的看出脱空区域与非脱空区域以及加固显得尤为重要．目前的钢管混凝土界面的温度差异．脱空的实时监测技术如表面波法、超声波检测法本文提出了一套全新的钢管混凝土拱肋界面等引，还都不够成熟，而且成本较高，无法完成无脱空实时监测的方法：以界面脱空区域表面温度损条件下的大范围定量检测．本文基于热传导理为检测对象，通过对构件的加热，利用分布式温度论及热传导试验结果，提出一种新的钢一砼界面脱传感器采集表面温度信息，经过数据处理描绘出空的无损检测方法．构件

5、表面的温度变化．通过这种温度变化，结合热传导基本理论，推断出脱空区域的位置．收稿日期：2013—01—14基金项目：国家自然科学基金资助项目(51108058)．作者简介：毛健(1988一)，男，辽宁朝阳人，大连理工大学硕士研究生．第3期毛健等：基于热传导理论的钢管混凝土拱肋界面脱空的定性识别245实现这种新方法的关键技术之一是如何通过件下传导热量的多少．本文的研究对象，即存在脱检测到的温度差异来判断是否出现脱空，本文将空的钢管混凝土中，钢材、混凝土及空气的热物理通过对比数值模拟及试验结果来验证这一问题．特性有较大差别，具体详见表1和表2．表120℃时钢材及混凝土的热物理特性2钢一砼界

6、面脱空判断的理论基础Table1Thermo-physicalpropertiesofsteeandconcreteat20℃2．1材料的热物理特性自然界中的各种物质都有其特定的热物理特性并且各不相同，其中导热系数是热传导理论中重要的参数之一．导热系数表征了一种材料传导热量的能力，即单位时间内相同的温差和厚度条表2空气在各温度下的热物理特性Table2Thermo-physicalpropertiesofairunderdiferenttemperature温度／℃2O30405O6070密度／(kg·In)1．2051．1651．1281．O931．0601．029导热系数／(w·m

7、·K)0．02590．02670．02760．02830．02900．0296比热容／(J·kg·K)1005100510051005100510092．2热传导理论基础他边界面采用自然对流边界，其中内部脱空部分根据热传导理论l_7]，任意材料任意时刻的温与接触的混凝土之间也采用自然对流，对流系数度场可用三维热传导方程描述：为8．7W／m。．3．3结果分析E)T0(20T)．a)．~(AOT)一一—一1_——‘51_——一从图1所示的结果云图可