應(yīng)力與材料構(gòu)成對壓電縱波在混凝土中的傳輸影響研究.pdf

1、目前，基于壓電監(jiān)測平臺(tái)的無損健康監(jiān)測大多重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)損傷本身的監(jiān)測，主要通過分析結(jié)構(gòu)缺陷對波形特征信息（幅值或波速）的影響來確定混凝土結(jié)構(gòu)損傷程度和位置，而沒有考慮實(shí)際工程應(yīng)用過程外部荷載環(huán)境對壓電監(jiān)測效果的影響；另外，波在多孔多相混凝土材料中的傳輸機(jī)制也鮮有研究，因此限制了壓電智能無損監(jiān)測方法在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域的推廣使用。本文通過搭建壓電智能監(jiān)測平臺(tái)，系統(tǒng)研究了荷載作用對監(jiān)測效果的影響；深入探討了粗骨料彈性模量、面積率和凈漿密實(shí)度對縱

2、波在混凝土中傳輸?shù)挠绊懸?guī)律。具體內(nèi)容包括：
　　將壓電智能骨料傳感器成對埋入混凝土試塊中，通過三種不同的軸向加載方式，分別研究單周期荷載作用、循環(huán)荷載作用及單調(diào)受壓破壞荷載作用對波形信息的影響。研究表明：在單周期荷載作用下，當(dāng)?=0.1時(shí)，恒應(yīng)力狀態(tài)混凝土受壓密實(shí)起主要作用，此時(shí)信號(hào)幅值上升；當(dāng)?=0.3時(shí)，混凝土受壓微裂縫開展較多，導(dǎo)致信號(hào)幅值下降。對于循環(huán)荷載作用，混凝土內(nèi)初始微裂縫在循環(huán)初期快速發(fā)展，在卸載狀態(tài)幅值和波速下降

3、，但由于循環(huán)次數(shù)過少無法產(chǎn)生下級(jí)裂縫，幅值和波速趨于穩(wěn)定。在單調(diào)受壓破壞荷載作用下，混凝土內(nèi)裂縫隨著應(yīng)力水平的增加逐漸發(fā)展貫通，幅值和波速下降，但幅值變化率要明顯大于波速變化率，說明幅值對微觀損傷的探測靈敏度較高，但存在不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，而波速具有較好的穩(wěn)定性。另外，縱波波速與混凝土的受壓應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)，波速值在一定程度上可以反映其受壓應(yīng)力幅值。
　　基于ABAQUS有限元軟件，建立了多邊形骨料和隨機(jī)圓形骨料細(xì)觀數(shù)值模型，仿真研究了

4、骨料彈性模量和面積率對應(yīng)力波傳播的影響。研究分析發(fā)現(xiàn)：考慮幾何彌散效應(yīng)及骨料的隨機(jī)特征，隨著骨料彈性模量的增加，幅值減小而波速增大，且頻率越高幅值和波速越小；隨著骨料面積率的增加波速增大，而幅值則由于幾何彌散效應(yīng)和模型的不均勻性出現(xiàn)較大的波動(dòng)現(xiàn)象。此外，骨料形狀對波速影響較小，最大誤差只有2.6％左右，而對幅值的影響較大。
　　通過自制壓電傳感器對不同密實(shí)度下的凈漿試塊進(jìn)行監(jiān)測。分析表明，波速能有效監(jiān)測水泥水化過程，隨著水化過程的