基于壓電陶瓷的多腔鋼管混凝土柱損傷監(jiān)測研究.pdf

1、鋼管混凝土以其優(yōu)良的性能在高層建筑和橋梁結構中應用日益廣泛，且向大截面及多腔組合趨勢發(fā)展。鋼管混凝土核心混凝土的澆筑質量以及鋼管與混凝土界面粘結性能的優(yōu)劣對構件性能有著重要影響，對其監(jiān)測與評估顯得尤為重要。然而，鋼管混凝土柱芯混凝土損傷和界面剝離損傷的隱蔽性使其損傷檢測十分困難，傳統(tǒng)無損檢測方法無法有效適用。本文充分發(fā)揮壓電陶瓷智能材料的優(yōu)勢，提出基于應力波傳播的多腔鋼管混凝土構件柱芯混凝土損傷與界面剝離損傷監(jiān)測新方法，開展了具有兩類模

2、擬損傷的足尺多腔鋼管混凝土試驗柱的損傷監(jiān)測試驗，驗證了所提出的方法對兩類不同程度損傷的識別效果，具體工作如下:
　　 1.在對壓電功能元的封裝制作流程作了詳細介紹的基礎上，對主動監(jiān)測系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動態(tài)性能進行了試驗測試，并對所用壓電功能元進行了標定。結果表明，主動監(jiān)測系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動態(tài)性能良好，標定后的壓電功能元為后續(xù)健康監(jiān)測研究的成功開展奠定了試驗基礎。
　　 2.在一足尺圓形截面多腔鋼管混凝土試驗柱內布設不同程度

3、的模擬柱芯混凝土損傷和模擬界面剝離損傷，將埋設在混凝土內部的壓電功能元和粘貼在鋼管外壁的壓電陶瓷片作為驅動器或傳感器，利用波傳播分析法對兩類模擬損傷進行損傷識別。對傳感器的接收信號進能量及小波包行了時域幅值、頻域幅值、小波包能量及其能量譜等特征參量的分析，并基于以上特征參量提出了幾種損傷指標。結果表明:應力波傳播路徑上的損傷會導致接收信號的時域幅值、頻域幅值、小波包能量及其能量譜等特征參量發(fā)生變化，不同程度的兩類損傷準確的識別出。試驗驗

4、證了基于壓電陶瓷的多腔鋼管混凝土試驗柱損傷識別方法的可行性和有效性。
　　 3.基于小波包能量及其能量譜的損傷判定方法，利用波傳播分析法對上述多腔鋼管混凝土試驗柱水平橫隔板下表面的模擬界面剝離損傷進行了監(jiān)測研究。結果表明，界面剝離損傷正確識別，且發(fā)現小波包能量受壓電陶瓷所在位置及應力波傳播路徑的影響，而小波包能量譜與壓電陶瓷所在位置及應力波傳播路徑無明顯關系。這一發(fā)現為減少作為驅動器的壓電陶瓷的數量，優(yōu)化傳感器的布設，減輕后期數