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)。 大型水坝、桥梁、核电站安全壳等重大混凝土工程的安全可靠性、耐久性问题是涉及国家经济发展与国家安全的重大问题。而已有的混凝土大型结构和基础设施的损伤积累和灾变行为日趋突出。因此,对重大混凝土工程结构进行损伤监测与分析已成为土木工程领域中的重要研究课题之一。 本文提出了利用碳纤维混凝土的功能特性,对混凝土中的损伤进行红外检测的方法,并从实验、理论、数值计算等多方面对检测机理、影响因素等进行了分析。同时对将此方法应用于实时监测时所产生的力、电、热耦合问题进行了一定的分析与研究。主要成果与创新之处如下: 1、利用碳纤维混凝土的功能特性,提出并设计了基于电热的碳纤维混凝土红外热像检测方法,并通过实验研究证实了方法的可行性,检测结果显示只需通低压电源就能使远离缺陷的正常部位温度升高1～2℃,而在缺陷附近的表面处温度大幅度上升,因此比一般红外检测方法更利于缺陷的检出。同时,检测结果也显示了检测与时间、材料组分、缺陷形态的相关性。 2、建立了碳纤维混凝土红外热像方法的瞬态热传导温度分析模型,研究分析了材料组分及外部环境因素从材料电、热性能参数方面对检测的影响机理,以及检测的主导机制:宏观缺陷的存在和缺陷局部微观特性导致的非均匀内热源效应,并采用等效电阻串、并联模型对其进行了解释。 3、建立了基于碳纤维混凝土红外热像方法的碳纤维混凝土缺陷体电-热耦合有限元分析模型,利用大型有限元软件Marc及自编用户子程序进行了数值计算,将所得结果与实验结果进行模拟与比较,进一步验证了检测方法的可行性和有限元数值模拟的有效性。同时,大量的数值结果分析显示了此种红外检测方法的敏感因素,为具体检测方案的选择和优化提供了依据。 4、研究了利用格林函数法求解缺陷体电、热耦合问题温度场的方法。在分析了不同缺陷情况下电场分布的基础上,利用瞬态热传导格林函数法求解得到二维缺陷体温度场的近似理论解,编程计算的结果显示了所求温度分布与实测