基于壓電陶瓷的鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)界面損傷監(jiān)測研究.pdf

1、鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)以其承載力高、抗震性能優(yōu)越、延性好等諸多優(yōu)良的性能，在高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)及工業(yè)廠房中被廣泛地采用。在實(shí)際工程施工過程中，由于鋼管內(nèi)部橫隔板、水化熱、混凝土的收縮徐變等各方面的影響，都可能使鋼管內(nèi)壁與混凝土粘結(jié)界面出現(xiàn)界面剝離損傷，從而影響鋼管與混凝土共同協(xié)作能力，進(jìn)而降低鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的承載力與變形能力等性能，對其粘結(jié)狀況進(jìn)行監(jiān)測十分具有實(shí)際意義。然而，鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)界面剝離損傷不易察覺，傳統(tǒng)無損檢

2、測手段無法有效適用，使得檢測十分棘手。本文在前人對基于壓電智能材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與研究的背景下，進(jìn)一步研究基于波動(dòng)分析法的鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)界面剝離損傷監(jiān)測的方法，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)一組分離式界面剝離損傷構(gòu)件，并對其損傷進(jìn)行識(shí)別，最后將實(shí)驗(yàn)室比例模型試驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上，開展了工程應(yīng)用。具體工作如下：
　?。?）詳細(xì)地介紹了用于鋼管混凝土構(gòu)件界面剝離缺陷檢測的壓電功能元的制作與封裝流程，對壓電監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能測試，并對壓電功能

3、元進(jìn)行了標(biāo)定。結(jié)果表明：該健康監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能，標(biāo)定后的壓電功能元為后續(xù)的試驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。
　?。?）在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)并制作了一組分離式界面剝離損傷鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，將嵌入式壓電功能元與外貼式壓電陶瓷片安裝在設(shè)計(jì)位置，共同組成健康監(jiān)測系統(tǒng)的換能器對，利用波動(dòng)分析法對預(yù)設(shè)的不同厚度與不同大的界面剝離類型損傷進(jìn)行了識(shí)別。對輸出信號(hào)進(jìn)行了基于正弦信號(hào)的頻域幅值、基于穩(wěn)態(tài)正弦掃頻信號(hào)的小波包能量及其能量譜、基于脈沖信號(hào)的

4、傳遞函數(shù)研究，并提出了基于特征參量的損傷指標(biāo)。結(jié)果表明：所采用的方法可以有效地識(shí)別出兩種類型的損傷，證明了基于壓電陶瓷的波動(dòng)分析法對鋼管混凝土構(gòu)件界面剝離損傷識(shí)別方法可行而且有效。
　　（3）基于穩(wěn)態(tài)正弦掃頻信號(hào)的小波包能量及其能量譜損傷判定方法，利用波動(dòng)分析法對一實(shí)際超高層建筑進(jìn)行了現(xiàn)場足尺比例的鋼管混凝土框架柱界面性能監(jiān)測。結(jié)果表明：該柱的小波包能量穩(wěn)定，其能量離差系數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)；其小波包能量譜差異值也較小，表明該鋼管混凝