基于壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動(dòng)監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)的速度不斷加快，越來(lái)越多的大型復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)紛紛建起。然而，諸多的自然因素導(dǎo)致的工程結(jié)構(gòu)問(wèn)題仍對(duì)人民和社會(huì)的生命財(cái)產(chǎn)安全存在潛在的威脅。隨著智能結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用，為解決以上隱患提供了一條有效途徑。通過(guò)利用壓電智能材料本身所具備的正逆壓電效應(yīng)，制作而成的壓電智能骨料（簡(jiǎn)稱“SA”）同時(shí)具備傳感和驅(qū)動(dòng)的特性，此外，壓電智能骨料還具有響應(yīng)速度快、造價(jià)低廉、易于加工、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低

2、、線性好、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。本論文基于上述現(xiàn)狀，提出了基于SA的混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，具體工作主要有以下幾個(gè)方面:
　　(1)首先，開展了基于SA激勵(lì)局部振動(dòng)的混凝土局部損傷監(jiān)測(cè)研究。在混凝土中布置石基SA陣列，取其中1個(gè)SA作為激勵(lì)端，其余作為接收端。在激勵(lì)端SA上掃頻激勵(lì)使其在混凝土中產(chǎn)生局部振動(dòng)，同時(shí)采集接收端SA應(yīng)力時(shí)程。分析接收端SA頻譜變化與混凝土損傷之間關(guān)系，建立基于SA頻譜面積的混凝土損傷指數(shù)，在典型構(gòu)件上建立

3、了混凝土損傷指數(shù)與其損傷程度之間的關(guān)系。研究表明，隨著損傷程度的加深，損傷指數(shù)逐漸增大，能量耗散越來(lái)越多;從而驗(yàn)證了本文所運(yùn)用的結(jié)構(gòu)損傷主動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的可行性。
　　(2)其次，開展了基于SA掃頻激勵(lì)的仿真混凝土損傷監(jiān)測(cè)研究。在低彈模的仿真混凝土材料中布置金屬封裝SA陣列，在其中一個(gè)SA上施加掃頻激勵(lì)，使其在仿真混凝土中產(chǎn)生波動(dòng)過(guò)程，利用其余SA進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)監(jiān)測(cè)。建立基于接收SA應(yīng)力頻譜面積的混凝土損傷指數(shù)，在仿真混凝土梁試件中建立了

4、混凝土損傷指數(shù)與其損傷程度的關(guān)系。利用該監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)了仿真混凝土拱壩在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中的損傷開展過(guò)程。研究表明，該監(jiān)測(cè)方法可有效捕捉仿真混凝土中的微小裂縫。
　　(3)最后，開展了基于SA瞬時(shí)激勵(lì)的混凝土損傷探測(cè)研究。利用混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，對(duì)SA進(jìn)行高斯調(diào)制脈沖激勵(lì)，激勵(lì)的中心頻率選取30 kHz和70 kHz，監(jiān)測(cè)應(yīng)力波在混凝土中的傳播過(guò)程及混凝土空洞對(duì)其傳播的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:應(yīng)力波在混凝土傳播過(guò)程中呈線性衰減，混凝土