基于導(dǎo)向波法和PZT型鋼筋主動(dòng)監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)損傷的研究.pdf

1、利用壓電陶瓷傳感器（PZT）的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)近年來(lái)取得了長(zhǎng)足發(fā)展。眾多國(guó)內(nèi)外的學(xué)者將基于PZT的監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于土木工程大型結(jié)構(gòu)主動(dòng)監(jiān)測(cè)的研究中，以期望能夠得到結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)健康狀況，并對(duì)潛在的危險(xiǎn)做出預(yù)警。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在土木工程中被廣泛使用于重要的高層建筑和大型基礎(chǔ)設(shè)施，其安全和穩(wěn)定與人們的生命財(cái)產(chǎn)安全密切相關(guān)，因此研究混凝土結(jié)構(gòu)的主動(dòng)監(jiān)測(cè)具有十分重要的意義。
　　前期研究中，以PZT型智能鋼筋為傳感元件的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用導(dǎo)向波法成功

2、地檢測(cè)了混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的脫粘損傷，得到了智能鋼筋的輸出信號(hào)和脫粘尺寸間的定量關(guān)系，據(jù)此建立了脫粘的損傷指數(shù)。本文基于以上研究，借助于實(shí)驗(yàn)和有限元模擬兩種手段進(jìn)一步研究了應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)中的傳播方式，探討了智能鋼筋系統(tǒng)對(duì)混凝土的其他損傷形式的探傷機(jī)理，為相關(guān)的損傷識(shí)別系統(tǒng)和工程實(shí)踐應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。主要的工作內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）介紹了近幾年結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀以及PZT換能器的工作原理，并詳細(xì)解釋了以

3、PZT壓電陶瓷片為檢測(cè)元件的導(dǎo)向波法的原理。通過(guò)總結(jié)前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果，提出了以PZT型智能鋼筋應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)還存在的問(wèn)題和困難。
　　（2）針對(duì)混凝土材料阻尼較大使得輸出的應(yīng)力波強(qiáng)度不能滿足實(shí)際應(yīng)用需求的問(wèn)題，提出了從PZT的配置數(shù)量，配置方式和PZT的尺寸三個(gè)方面對(duì)智能鋼筋系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬，主要對(duì)后兩種優(yōu)化方式進(jìn)行了研究。在模擬中，對(duì)前期二維模擬的模型進(jìn)行了改進(jìn)，尤其是為保證與實(shí)驗(yàn)PZT面積一

4、致所進(jìn)行的PZT尺寸調(diào)整。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果都表明通過(guò) PZT的配置方式優(yōu)化和采用較大尺寸的PZT片都可以使得智能鋼筋系統(tǒng)的輸出信號(hào)強(qiáng)度成倍地增加。
　?。?）通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)智能鋼筋的輸出信號(hào)和周圍保護(hù)層厚度的關(guān)系做了研究，優(yōu)化了先前的三維模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果均顯示智能鋼筋的輸出信號(hào)隨著混凝土厚度的增加呈指數(shù)形式衰減。在該定量關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了利用智能鋼筋檢測(cè) CA砂漿層脫空損傷的方法，借助數(shù)值模擬對(duì)無(wú)砟軌道中 CA砂