基于埋入式压电传感器的混凝土声发射特性研究

发布时间：2021-03-30 03:29

　　随着混凝土和新型智能材料的广泛应用,巨型工程、超高层建筑受到了人们的广泛关注。如何对这些重大工程进行实时的健康监测,成为当今的研究热点。在服役过程中,混凝土带裂缝工作是非常常见的,这往往是引发结构各种破坏的原因所在。如能实时监测混凝土结构中的缺陷,则能够充分发挥结构健康监测的优势。作为一种动态无损检测技术,声发射技术能够实时、在线、监视结构的安全性,有利于后期结构的损伤原理分析。在如今的工程应用中,根据监测的损伤位置对损伤进行定位以确定结构的健康与否,进而进行各种补救措施,也是无损检测技术最高追求。基于此,本文利用自制1-3型水泥基压电传感器,将其预埋入混凝土中,通过声发射检测技术,对混凝土早期水化和后期单轴抗压试验进行监测,具体研究内容如下:（1）根据混凝土声发射试验对传感器的要求,制备了宽频、稳定性好的1-3型水泥基压电传感器。（2）通过1-3型传感器和商用传感器对比研究不同水灰比混凝土的早期水化过程的声发射特性,分析两种传感器对混凝土水化过程声发射特性监测的异同。（3）基于1-3型传感器,对六组不同氧化石墨烯掺量的混凝土立方体试块进行单轴抗压声发射试验,得出氧化石墨烯掺量对混凝土... 

【文章来源】：济南大学山东省

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

温州楼房倒塌上述事故表明，大型土木工程结构特别

济南大学硕士学位论文1第一章绪论1.1研究背景与研究意义自20世纪混凝土问世以来，经过数百年的发展，混凝土已经成为当今工程界用量最大的建筑材料[1]，一系列大型公共基础设施，如大坝、桥梁、道路、房屋、大跨空间地下结构等逐渐进入人们的视野，极大的促进了人类社会文明的发展。随着混凝土在土木工程领域的广泛应用，基础设施在服役过程中的安全性问题受到了人们的广泛关注。这些基础设施长期暴露在复杂的自然环境中，会受到各种不确定因素带来的损伤，严重危害了人们的生命安全和财产安全[2]。近十年来，关于房屋、桥梁等建筑结构倒塌的安全事故时有发生，如：2011年8月8日17时，海南省万宁市太阳河上一座大桥发生坍塌，事故造成2人死亡，2人受伤。2016年10月10日凌晨，浙江温州市鹿城区双屿街道发生一起楼房倒塌事故，一座约6层楼高楼房的一部分发生垮塌，多人被掩埋，事故造成22人死亡，6人受伤。2016年11月24日7时，江西省宜春市丰城电厂三期在建项目冷却塔施工平台倒塌，事故共造成74人死亡，2人受伤。2019年10月10日晚上6时左右，江苏无锡312国道上海方向K135处锡港路上跨桥路段出现桥面侧翻，事故共造成3人死亡，2人受伤。图1.1温州楼房倒塌图1.2江西丰台冷却塔倒塌上述事故表明，大型土木工程结构特别是发电厂、房屋、桥梁、大坝等，由于外部荷载、施工工艺或自然灾害等非人为因素的影响，非常容易发生安全事故，其安全问题不容忽视。因此，如何对这些大型土木工程结构进行实时在线的监测，并能提前发出有效的预警，成为国内外学者的研究热点[3-5]。

基于埋入式压电传感器的混凝土声发射特性研究4和驱动性能以及与混凝土材料相容性较好等优点，成为土木工程领域新型传感器研究的绝佳材料。基于上述背景，本文以水泥基压电复合材料为原材料，制备了水泥基压电传感器，将其预埋入混凝土中，并利用声发射检测技术对混凝土前期水化和后期抗压全寿命过程的各种力学性能、声发射特性进行研究，为各种土木工程结构的健康监测提供必要的理论基矗1.2声发射检测技术在混凝土中的应用研究声发射被定义为材料或结构中某一缺陷处能量的快速释放而产生的瞬态弹性波的物理现象[21]，结构的变形、微裂缝和其它应力引起的结构的变化，都可以引起声发射信号的变化。其工作原理是，当结构内部出现损伤、应力集中等变化时，声发射传感器会迅速捕捉到波的信号，通过声电转换转化为电信号，经放大器将信号放大并传播到数据采集系统进行信号的采集处理，采集系统将采集好的信号传播到记录与显示系统进行数据的记录与分析。其原理如图1.3所示。图1.3AE检测原理图作为声发射检测技术的中心环节，对传感器的研究必不可少。要想得到准确的声发射信号，除了设置正确的声发射阈值外，还需要高质量、高灵敏度、高耐久性、高声阻抗的传感器和声发射分析处理系统的协助。在捕捉声发射信号的过程中，为了减小试验误差，声发射传感器需要具备以下性能[22]。（1）较高的灵敏度。传感器灵敏度是指输出的信号与输入的信号的比值。灵敏度是用来表征传感器传输信号性能的指标，灵敏度越高，传感器的信号出入比就越高。（2）较好的稳定性。传感器稳定性是指输入和输出信号过程中比较平稳，波动不大，与基体材料适应性较好。（3）良好的宽频响应。传感器除了具备以上性能要求之外，还需要具有较宽的频率


本文编号：3108769