基于压电智能骨料的混凝土结构损伤主动监测研究

发布时间：2017-09-19 02:25

  本文关键词：基于压电智能骨料的混凝土结构损伤主动监测研究

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【摘要】：进入21世纪以来,我国的国民经济的稳步快速发展,基础建设的速度不断加快,越来越多的大型复杂工程结构纷纷建起。然而,诸多的自然因素导致的工程结构问题仍对人民和社会的生命财产安全存在潜在的威胁。随着智能结构在土木工程领域的应用,为解决以上隐患提供了一条有效途径。通过利用压电智能材料本身所具备的正逆压电效应,制作而成的压电智能骨料(Smart Aggregate,简称“SA”)同时具备传感和驱动的特性,此外,压电智能骨料还具有响应速度快、造价低廉、易于加工、结构简单、能耗低、线性好、可靠性好等优点。本论文基于上述现状,提出了基于SA的混凝土结构损伤主动监测方法,具体工作主要有以下几个方面：(1)首先,开展了基于SA激励局部振动的混凝土局部损伤监测研究。在混凝土中布置石基SA阵列,取其中1个SA作为激励端,其余作为接收端。在激励端SA上扫频激励使其在混凝土中产生局部振动,同时采集接收端SA应力时程。分析接收端SA频谱变化与混凝土损伤之间关系,建立基于SA频谱面积的混凝土损伤指数,在典型构件上建立了混凝土损伤指数与其损伤程度之间的关系。研究表明,随着损伤程度的加深,损伤指数逐渐增大,能量耗散越来越多；从而验证了本文所运用的结构损伤主动监测方法的可行性。(2)其次,开展了基于SA扫频激励的仿真混凝土损伤监测研究。在低弹模的仿真混凝土材料中布置金属封装SA阵列,在其中一个SA上施加扫频激励,使其在仿真混凝土中产生波动过程,利用其余SA进行应力场监测。建立基于接收SA应力频谱面积的混凝土损伤指数,在仿真混凝土梁试件中建立了混凝土损伤指数与其损伤程度的关系。利用该监测方法监测了仿真混凝土拱坝在振动台试验中的损伤开展过程。研究表明,该监测方法可有效捕捉仿真混凝土中的微小裂缝。(3)最后,开展了基于SA瞬时激励的混凝土损伤探测研究。利用混凝土结构损伤主动监测方法,对SA进行高斯调制脉冲激励,激励的中心频率选取30 kHz和70 kHz,监测应力波在混凝土中的传播过程及混凝土空洞对其传播的影响。试验结果表明：应力波在混凝土传播过程中呈线性衰减,混凝土中的空洞可能引起应力波在局部传播中的放大效应。
【关键词】：压电智能骨料 结构损伤 主动监测 损伤指数 调制脉冲
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU317
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.1.1 课题的研究背景9-11
• 1.1.2 课题的研究意义11
• 1.2 智能材料与结构11-14
• 1.2.1 智能材料12-14
• 1.2.2 智能结构14
• 1.3 压电效应机理及压电方程14-19
• 1.3.1 压电材料14-15
• 1.3.2 压电效应原理及相关参数15-17
• 1.3.3 压电方程17-19
• 1.4 土木工程领域健康监测的研究现状19
• 1.5 本文的主要研究内容19-21
• 2 基于SA激励局部振动的混凝土损伤监测21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 主动监测系统及试验设备介绍21-22
• 2.3 裂缝损伤监测原理22-24
• 2.4 基于SA局部振动的混凝土梁损伤主动监测试验24-34
• 2.4.1 试验概况24-28
• 2.4.2 试验结果分析28-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 基于SA扫频激励的仿真混凝土损伤监测35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 仿真混凝土模型材料性能介绍35-37
• 3.3 基于SA扫频激励的仿真混凝土梁损伤主动监测试验37-45
• 3.3.1 仿真混凝土梁试验概况37-41
• 3.3.2 数据采集结果分析41-45
• 3.4 针对仿真混凝土坝的主动监测试验45-52
• 3.4.1 试验概况45-48
• 3.4.2 试验数据采集及分析48-52
• 3.4.3 试验结论52
• 3.5 本章小结52-53
• 4 基于SA瞬时激励的混凝土损伤探测研究53-64
• 4.1 引言53
• 4.2 基于SA瞬时激励产生的应力波在混凝土试块中的传播特性探究53-59
• 4.2.1 试验概况53-54
• 4.2.2 试验过程及结果分析54-59
• 4.3 激发调制脉冲在混凝土块体中空洞的主动监测59-63
• 4.3.1 试验概况59-61
• 4.3.2 试验工况及数据分析61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 结论64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

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本文编号：878938