基于導(dǎo)向波法和PZT型鋼筋主動監(jiān)測混凝土結(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)測技術(shù)近年來取得了長足發(fā)展。眾多國內(nèi)外的學(xué)者將基于PZT的監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于土木工程大型結(jié)構(gòu)主動監(jiān)測的研究中，以期望能夠得到結(jié)構(gòu)的實時健康狀況，并對潛在的危險做出預(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)定與人們的生命財產(chǎn)安全密切相關(guān)，因此研究混凝土結(jié)構(gòu)的主動監(jiān)測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)測系統(tǒng)利用導(dǎo)向波法成功

2、地檢測了混凝土結(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，借助于實驗和有限元模擬兩種手段進一步研究了應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)中的傳播方式，探討了智能鋼筋系統(tǒng)對混凝土的其他損傷形式的探傷機理，為相關(guān)的損傷識別系統(tǒng)和工程實踐應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。主要的工作內(nèi)容包括以下幾個方面：
　?。?）介紹了近幾年結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀以及PZT換能器的工作原理，并詳細解釋了以

3、PZT壓電陶瓷片為檢測元件的導(dǎo)向波法的原理。通過總結(jié)前期的實驗結(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)測還存在的問題和困難。
　?。?）針對混凝土材料阻尼較大使得輸出的應(yīng)力波強度不能滿足實際應(yīng)用需求的問題，提出了從PZT的配置數(shù)量，配置方式和PZT的尺寸三個方面對智能鋼筋系統(tǒng)進行優(yōu)化。通過實驗和模擬，主要對后兩種優(yōu)化方式進行了研究。在模擬中，對前期二維模擬的模型進行了改進，尤其是為保證與實驗PZT面積一

4、致所進行的PZT尺寸調(diào)整。實驗結(jié)果和模擬結(jié)果都表明通過 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)的輸出信號強度成倍地增加。
　?。?）通過實驗和數(shù)值模擬對智能鋼筋的輸出信號和周圍保護層厚度的關(guān)系做了研究，優(yōu)化了先前的三維模型。實驗結(jié)果和模擬結(jié)果均顯示智能鋼筋的輸出信號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 CA砂漿層脫空損傷的方法，借助數(shù)值模擬對無砟軌道中 CA砂