基于嵌入式壓電陶瓷的混凝土動態(tài)應(yīng)力監(jiān)測研究.pdf

1、正確了解和把握混凝土結(jié)構(gòu)在動態(tài)荷載作用下的受力情況對結(jié)構(gòu)的性能監(jiān)測和評估至關(guān)重要。目前在混凝土結(jié)構(gòu)試驗中對混凝土應(yīng)力的測量，一般通過在混凝土表面粘貼應(yīng)變片的方法間接得到，但是這種方法難以準(zhǔn)確把握混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布情況。開發(fā)一種能夠直接測得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力，特別是動力作用下應(yīng)力的分布，并且價格低廉的傳感器十分重要。近年來，隨著新型傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，采用智能材料對土木工程結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行監(jiān)測已成為土木工程領(lǐng)域研究的熱點之一。壓電陶瓷

2、(PZT)材料不僅具有響應(yīng)速度快，頻響范圍寬、線性關(guān)系好、易裁剪、價格低廉等優(yōu)點，而且其特有的傳感和作動功能特性使得壓電陶瓷在工程結(jié)構(gòu)的監(jiān)測與控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。研究混凝土結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下內(nèi)部應(yīng)力的測量技術(shù)對混凝土材料動力本構(gòu)研究以及混凝土結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的性能研究具有重要的意義。本文基于壓電陶瓷的壓電特性開發(fā)了一種嵌入式應(yīng)力傳感器，并將其運用到混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力荷載作用下的應(yīng)力監(jiān)測。具體的工作主要包括以下幾個方面:
　

3、　 (1)在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，考慮了之前制作的傳感器靈敏度的個體差異大且表面光滑不易在混凝土結(jié)構(gòu)中綁定，故而對嵌入式壓電陶瓷應(yīng)力傳感器進(jìn)行了部分改進(jìn)，使得制作的傳感器具有良好的防水絕緣性能，靈敏度更加穩(wěn)定，并易于綁定在混凝土結(jié)構(gòu)中。
　　 (2)分別利用小型落錘實驗機(jī)和伺服作動器，對嵌入式壓電陶瓷應(yīng)力傳感器在動態(tài)(沖擊、正弦、方波、不規(guī)則)荷載作用下的靈敏度進(jìn)行了標(biāo)定。試驗結(jié)果表明:傳感器動態(tài)響應(yīng)特性良好，其靈敏度不會隨著傳感

4、器的形狀、荷載類型、加載頻率以及荷載強(qiáng)度的改變而發(fā)生改變，不同傳感器之間的靈敏度個體差異小。所研制的傳感器表現(xiàn)出良好的線性性能，為在混凝土材料的沖擊應(yīng)力測量奠定了基礎(chǔ)。
　　 (3)將壓電陶瓷應(yīng)力傳感器埋入素混凝土圓柱體試件中，用于混凝土動力本構(gòu)試驗的研究，得到不同下落高度混凝土試件內(nèi)部的應(yīng)力，試驗結(jié)果表明，混凝土圓柱體試件未發(fā)生開裂破壞時，結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分應(yīng)力均勻;而在試件開裂破壞后，結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力大小從上到下有遞減的趨勢。并結(jié)合