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)。 混凝土是土木工程中应用最广泛的结构材料,重大工程结构的使用期长达几十年、甚至上百年。但常见的混凝土工程结构往往处在环境、气候较为恶劣的情况下,尤其是水工混凝土建筑物如混凝土坝等结构,温度荷载是其主要荷载之一,温度的正负交替会引起结构的不均匀变形、裂缝、冻融破坏、疲劳破坏等。另外,混凝土结构在长期的服役过程中,由于荷载的作用、徐变、结构内部温差等多种因素的影响,存在结构变形,这种变形有时会影响结构的正常工作。因此,重大土木工程结构和基础设施的控制方法与技术已成为土木工程领域的重要研究课题。 以混凝土结构的温差、变形自调节为目的,在分析了连续碳纤维混凝土叠层梁传感和作动功能的基础上,通过仿真和实验的方法进行了机敏混凝土温差、变形自调节控制系统的研究。本文的主要成果及创新之处如下: 1、采用一阶惯性延迟环节拟合得到混凝土梁结构温差自调节系统中被控对象的传递函数,分析得出影响其变化的主要因素是对流换热系数的波动; 2、研究了机敏混凝土叠层梁电热驱动的动态响应,得出采用先以较大功率输入,当温差达到期望温差附近时变换功率来维持的过程控制方式能较大地提高调节速度,但会因功率变换时间点的差异而出现不同程度的超调。 3、分别采用PID和模糊控制策略设计了温差自调节控制器,通过MATLAB仿真研究得出:PID方式具有更快的调节速度,但对系统参数变化较敏感,适合系统与外界对流交换较微弱,对流参数波动不大时的调节;模糊控制能够适应系统参数在较大范围内的变化,适合对流参数波动较大时的调节。 4、针对大尺寸碳纤维毡混凝土叠层梁试样设计制作了变形自调节控制器,并进行了变形自调节实验,实现了碳纤维混凝土叠层梁的变形自调节,为机敏混凝土变形自调节的实际工程应用做了有力探索。 本文研究成果,对机敏混凝土结构自调节的应用具有重要指导意义,对智能混凝土的发展具有一定的推动作用。