基于壓電陶瓷的多腔鋼管混凝土柱損傷監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、鋼管混凝土以其優(yōu)良的性能在高層建筑和橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用日益廣泛，且向大截面及多腔組合趨勢(shì)發(fā)展。鋼管混凝土核心混凝土的澆筑質(zhì)量以及鋼管與混凝土界面粘結(jié)性能的優(yōu)劣對(duì)構(gòu)件性能有著重要影響，對(duì)其監(jiān)測(cè)與評(píng)估顯得尤為重要。然而，鋼管混凝土柱芯混凝土損傷和界面剝離損傷的隱蔽性使其損傷檢測(cè)十分困難，傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)方法無(wú)法有效適用。本文充分發(fā)揮壓電陶瓷智能材料的優(yōu)勢(shì)，提出基于應(yīng)力波傳播的多腔鋼管混凝土構(gòu)件柱芯混凝土損傷與界面剝離損傷監(jiān)測(cè)新方法，開(kāi)展了具有兩類模

2、擬損傷的足尺多腔鋼管混凝土試驗(yàn)柱的損傷監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，驗(yàn)證了所提出的方法對(duì)兩類不同程度損傷的識(shí)別效果，具體工作如下:
　　 1.在對(duì)壓電功能元的封裝制作流程作了詳細(xì)介紹的基礎(chǔ)上，對(duì)主動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，并對(duì)所用壓電功能元進(jìn)行了標(biāo)定。結(jié)果表明，主動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能良好，標(biāo)定后的壓電功能元為后續(xù)健康監(jiān)測(cè)研究的成功開(kāi)展奠定了試驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 2.在一足尺圓形截面多腔鋼管混凝土試驗(yàn)柱內(nèi)布設(shè)不同程度

3、的模擬柱芯混凝土損傷和模擬界面剝離損傷，將埋設(shè)在混凝土內(nèi)部的壓電功能元和粘貼在鋼管外壁的壓電陶瓷片作為驅(qū)動(dòng)器或傳感器，利用波傳播分析法對(duì)兩類模擬損傷進(jìn)行損傷識(shí)別。對(duì)傳感器的接收信號(hào)進(jìn)能量及小波包行了時(shí)域幅值、頻域幅值、小波包能量及其能量譜等特征參量的分析，并基于以上特征參量提出了幾種損傷指標(biāo)。結(jié)果表明:應(yīng)力波傳播路徑上的損傷會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)的時(shí)域幅值、頻域幅值、小波包能量及其能量譜等特征參量發(fā)生變化，不同程度的兩類損傷準(zhǔn)確的識(shí)別出。試驗(yàn)驗(yàn)

4、證了基于壓電陶瓷的多腔鋼管混凝土試驗(yàn)柱損傷識(shí)別方法的可行性和有效性。
　　 3.基于小波包能量及其能量譜的損傷判定方法，利用波傳播分析法對(duì)上述多腔鋼管混凝土試驗(yàn)柱水平橫隔板下表面的模擬界面剝離損傷進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究。結(jié)果表明，界面剝離損傷正確識(shí)別，且發(fā)現(xiàn)小波包能量受壓電陶瓷所在位置及應(yīng)力波傳播路徑的影響，而小波包能量譜與壓電陶瓷所在位置及應(yīng)力波傳播路徑無(wú)明顯關(guān)系。這一發(fā)現(xiàn)為減少作為驅(qū)動(dòng)器的壓電陶瓷的數(shù)量，優(yōu)化傳感器的布設(shè)，減輕后期數(shù)