基于壓電陶瓷的鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)界面損傷監(jiān)測研究.pdf

1、鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)以其承載力高、抗震性能優(yōu)越、延性好等諸多優(yōu)良的性能，在高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)及工業(yè)廠房中被廣泛地采用。在實際工程施工過程中，由于鋼管內(nèi)部橫隔板、水化熱、混凝土的收縮徐變等各方面的影響，都可能使鋼管內(nèi)壁與混凝土粘結(jié)界面出現(xiàn)界面剝離損傷，從而影響鋼管與混凝土共同協(xié)作能力，進而降低鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的承載力與變形能力等性能，對其粘結(jié)狀況進行監(jiān)測十分具有實際意義。然而，鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)界面剝離損傷不易察覺，傳統(tǒng)無損檢

2、測手段無法有效適用，使得檢測十分棘手。本文在前人對基于壓電智能材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與研究的背景下，進一步研究基于波動分析法的鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)界面剝離損傷監(jiān)測的方法，在實驗室設計一組分離式界面剝離損傷構(gòu)件，并對其損傷進行識別，最后將實驗室比例模型試驗研究成果的基礎上，開展了工程應用。具體工作如下：
　?。?）詳細地介紹了用于鋼管混凝土構(gòu)件界面剝離缺陷檢測的壓電功能元的制作與封裝流程，對壓電監(jiān)測系統(tǒng)進行了動態(tài)和靜態(tài)性能測試，并對壓電功能

3、元進行了標定。結(jié)果表明：該健康監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的動態(tài)與靜態(tài)性能，標定后的壓電功能元為后續(xù)的試驗研究奠定了基礎。
　?。?）在實驗室設計并制作了一組分離式界面剝離損傷鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，將嵌入式壓電功能元與外貼式壓電陶瓷片安裝在設計位置，共同組成健康監(jiān)測系統(tǒng)的換能器對，利用波動分析法對預設的不同厚度與不同大的界面剝離類型損傷進行了識別。對輸出信號進行了基于正弦信號的頻域幅值、基于穩(wěn)態(tài)正弦掃頻信號的小波包能量及其能量譜、基于脈沖信號的

4、傳遞函數(shù)研究，并提出了基于特征參量的損傷指標。結(jié)果表明：所采用的方法可以有效地識別出兩種類型的損傷，證明了基于壓電陶瓷的波動分析法對鋼管混凝土構(gòu)件界面剝離損傷識別方法可行而且有效。
　?。?）基于穩(wěn)態(tài)正弦掃頻信號的小波包能量及其能量譜損傷判定方法，利用波動分析法對一實際超高層建筑進行了現(xiàn)場足尺比例的鋼管混凝土框架柱界面性能監(jiān)測。結(jié)果表明：該柱的小波包能量穩(wěn)定，其能量離差系數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)；其小波包能量譜差異值也較小，表明該鋼管混凝