水泥基壓電復合材料傳感器在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中應用研究.pdf

1、水泥基壓電復合材料傳感器可有效解決傳統(tǒng)智能材料與混凝土母體結(jié)構(gòu)材料之間的相容性問題，它不但具有感知功能，而且具有驅(qū)動功能，其制備工藝簡單，造價低，非常適合于土木工程領(lǐng)域中智能材料的發(fā)展需要，因此，研究與開發(fā)該類壓電復合材料對于推動各類土木工程結(jié)構(gòu)向智能化方向發(fā)展有著廣泛的工程應用意義和學術(shù)價值。然而，目前對水泥基壓電復合材料傳感器的研究仍然主要停留在材料的制備、介電、壓電特性等方面，而對水泥基壓電復合材料傳感器在結(jié)構(gòu)中的應用仍研究的相對

2、較少。
　　因此，本課題對水泥基壓電復合材料傳感器在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的傳感特性進行實驗和數(shù)值模擬研究。在實驗中分別制作了1：3的梁和1：6框架的足尺模型，通過對預先埋入的水泥基壓電復合材料傳感器在沖擊荷載和周期荷載情況下實驗結(jié)果進行分析，與傳統(tǒng)壓電陶瓷傳感器在相同條件下的實驗結(jié)果進行對比，并利用ABAQUS有限元軟件對實驗結(jié)果進行數(shù)值模擬，通過數(shù)據(jù)對比、和仿真研究，證實了水泥基壓電復合材料傳感器在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中應用的可行性，為以

3、后的實驗研究提供了實驗依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　(1)對埋設(shè)有水泥基壓電復合材料傳感器的鋼筋混凝土梁進行沖擊荷載試驗和周期荷載實驗，將實驗結(jié)果與傳統(tǒng)壓電復合材料傳感器的實驗結(jié)果、ABAQUS有限元數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析，結(jié)果表明在沖擊荷載作用下水泥基壓電復合材料在鋼筋混凝土梁中表現(xiàn)出良好的傳感特性。對鋼筋混凝土梁進行不同力的沖擊荷載試驗，結(jié)果表明水泥基壓電復合材料傳感器在鋼筋混凝土梁中表現(xiàn)出良好的線性性能。對鋼筋

4、混凝土梁進行不同頻率的周期荷載實驗，將實驗所得時間-應力曲線進行對比分析，結(jié)果表明水泥基壓電復合材料傳感器在不同頻率荷載作用下表現(xiàn)出良好的傳感特性。
　　(2)通過對不同荷載作用下鋼筋混凝土框架內(nèi)力的數(shù)值模擬，對鋼筋混凝土框架中壓電傳感器的布點進行了討論，發(fā)現(xiàn)在框架節(jié)點位置附近應力峰值急劇變化，另外框架節(jié)點附近位置以及梁和柱的中點位置的應力監(jiān)測對于荷載的加載位置、加載形式的確定具有重要意義，是傳感器布點的關(guān)鍵位置。
　　(3

5、)在有限元數(shù)值模擬對布點討論的基礎(chǔ)上，對埋設(shè)有水泥基壓電復合材料傳感器的鋼筋混凝土框架進行沖擊荷載試驗和周期荷載實驗，將實驗結(jié)果與傳統(tǒng)壓電復合材料傳感器的實驗結(jié)果、ABAQUS有限元數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析，結(jié)果表明在沖擊荷載作用下水泥基壓電復合材料在鋼筋混凝土框架中表現(xiàn)出良好的傳感特性。對鋼筋混凝土框架進行不同力的沖擊荷載試驗，結(jié)果表明水泥基壓電復合材料傳感器在鋼筋混凝土框架中表現(xiàn)出良好的線性性能。對鋼筋混凝土框架進行不同頻率的周期荷