混凝土结构裂缝的压电主动定量监测及健康状况评定
发布时间：2021-04-27 06:30
从土木工程实践中可以发现,裂缝是混凝土结构最主要的病害之一。而裂缝的出现会对主体结构产生不利影响,如导致结构表面混凝土剥离、加速钢筋腐蚀、降低承载力等,进而威胁到结构的安全性、耐久性。如果不及时掌握结构中裂缝的开展情况,不仅影响其正常使用,同时存在安全隐患,一旦发生事故,将可能造成不可逆转的重大损失。但是,目前现有的监测方法只能定性地识别结构中是否出现裂缝,而无法实现其定量监测,更无法基于定量监测结果评定结构的健康状态。在此背景下,本课题将开展如下研究:（1）基于混凝土标准试件梁设计了三点受弯工况理想试验,通过搭建的加载系统,研究裂缝演化形式及试件破坏过程,发现试件最终呈现出两种裂缝形式,即跨中垂直裂缝和支座处斜裂缝;同时,利用有限元软件ABAQUS建立了相应的数值分析模型,提出了单元损伤判定准则,并以此为依据分析了相同工况下模型中的裂缝损伤情况,发现试验和仿真的裂缝在形式上具有高度的一致性,说明采用的仿真方法能够有效地模拟试验中设定的工况,且在后续研究中可参考该对比分析结果设置人工裂缝。（2）在批量混凝土标准试件中分别预置了不同尺寸的跨中垂直裂缝和支座处斜裂缝,根据设计的混凝裂缝的压...
【文章来源】：中国地震局地震研究所湖北省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
作者简介
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景与研究意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 国内外研究现状及存在的问题
1.2.1 压电传感技术在混凝土结构裂缝监测领域的研究现状
1.2.2 目前存在的问题
1.3 本文主要研究内容与研究思路
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究思路
第二章 压电主动传感理论与方法
2.1 引言
2.2 压电材料的介绍
2.2.1 压电材料
2.2.2 压电效应
2.2.3 压电材料的性能参数
2.2.4 压电方程
2.3 压电主动传感理论
2.4 数据处理与分析
2.4.1 小波包能量分析方法
2.4.2 数值归一化方法
2.5 本章小结
第三章 混凝土结构裂缝演化形式研究
3.1 引言
3.2 混凝土梁三点受弯加载的试验研究
3.2.1 混凝土配筋试件的制备
3.2.2 混凝土梁三点受弯加载试验系统
3.2.3 加载过程
3.2.4 试验结果
3.3 混凝土梁三点受弯加载的数值模拟
3.3.1 ABAQUS介绍
3.3.2 建立混凝土配筋梁模型
3.3.3 混凝土本构模型及单元损伤判定
3.3.4 定义边界条件及施加荷载
3.3.5 静力分析步设置
3.3.6 模型网格划分
3.3.7 仿真结果
3.4 裂缝演化形式对比分析
3.5 本章小结
第四章 混凝土结构裂缝的压电主动传感定量监测试验研究
4.1 引言
4.2 混凝土无筋试件的制备
4.3 混凝土裂缝的压电主动传感监测系统
4.3.1 混凝土裂缝对应力波的衰减机理
4.3.2 试验仪器及传感器
4.3.3 监测系统的搭建
4.4 试验过程
4.5 试验结果
4.5.1 跨中垂直裂缝工况试验监测结果
4.5.2 支座处斜裂缝工况试验监测结果
4.6 基于试验研究的裂缝参数定量区间分析
4.6.1 跨中垂直裂缝工况试验监测数据分析
4.6.2 支座处斜裂缝工况试验监测数据分析
4.7 本章小结
第五章 混凝土结构裂缝的压电主动传感定量监测仿真研究
5.1 引言
5.2 压电-预置裂缝混凝土梁机电耦合仿真
5.2.1 建立有限元模型
5.2.2 模型材料参数
5.2.3 激励信号
5.2.4 分析步及增量步的设置
5.2.5 网格划分原则
5.3 仿真过程
5.4 仿真结果
5.4.1 应力波在含裂缝混凝土内部的传播机理
5.4.2 跨中垂直裂缝工况仿真监测结果
5.4.3 支座处斜裂缝工况仿真监测结果
5.5 基于仿真研究的裂缝定量区间分析
5.5.1 跨中垂直裂缝工况仿真监测数据分析
5.5.2 支座处斜裂缝工况仿真监测数据分析
5.6 试验与仿真的裂缝参数定量区间对比
5.7 本章小结
第六章 混凝土结构的健康状况评定
6.1 引言
6.2 损伤评定方法的建立
6.2.1 建立基于信号能量值衰减的损伤程度评定方法
6.2.2 建立基于裂缝参数定量区间的损伤程度评定方法
6.3 健康状况评定
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 研究展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于瑞利波法对混凝土表面裂缝检测的数值研究[J]. 杜文卫,江刚,朱彬占,周小平,原志杰,李金鑫. 土木建筑与环境工程. 2018(04)
[2]基于压电传感器的混凝土损伤检测数值模拟[J]. 齐宝欣,张雨,李佳诺,贾连光. 压电与声光. 2018(03)
[3]面向结构健康监测的压电传感器综述[J]. 薛子凡,邢志国,王海斗,李国禄,刘喆. 材料导报. 2017(17)
[4]动荷载作用下的智能骨料力电效应仿真分析[J]. 杜国锋,何明星,吴方红,别雪梦. 武汉大学学报(工学版). 2016(04)
[5]基于PZT网络的混凝土梁裂缝检测实验[J]. 宋宁宁,吴凡. 实验室研究与探索. 2016(06)
[6]预拌混凝土行业现状与监管思路分析[J]. 康健. 工程质量. 2014(S2)
[7]基于压电阻抗的混凝土裂缝深度发展定量研究[J]. 蔡金标,李忠良,楼旦丰,陈双聪,张燕青. 压电与声光. 2014(01)
[8]基于压电波动法的混凝土裂缝损伤监测技术[J]. 孙威,阎石,焦莉,宋钢兵. 工程力学. 2013(S1)
[9]钢筋混凝土结构的病害[J]. 杨晓明,韩志强. 硅酸盐通报. 2013(05)
[10]ABAQUS中混凝土本构模型用于模拟结构静力行为的比较研究[J]. 聂建国,王宇航. 工程力学. 2013(04)
博士论文
[1]大跨斜拉桥的局部损伤监测和环境因素影响分离[D]. 梁亚斌.大连理工大学 2016
[2]利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术[D]. 孙威.大连理工大学 2009
[3]基于压电陶瓷的结构健康监测与损伤诊断[D]. 赵晓燕.大连理工大学 2008
[4]高强钢筋混凝土构件裂缝控制试验研究及有限元分析[D]. 戎贤.天津大学 2005
硕士论文
[1]基于压电主动传感法的钢管结构健康监测研究[D]. 李宗源.中国地震局地震研究所 2018
[2]基于压电阻抗特征频率偏移的螺栓轴向力监测[D]. 魏灯莱.武汉科技大学 2018
[3]基于压电陶瓷的冲击后钢筋混凝土桥墩模型裂缝检测研究[D]. 李俊.湖南大学 2017
[4]基于压电智能骨料的混凝土结构损伤主动监测研究[D]. 郑合营.大连理工大学 2016
[5]基于瞬态超声导向波的PZT型钢筋混凝土梁的数值模拟[D]. 衣娟.上海交通大学 2014
[6]基于压电智能骨料的混凝土结构损伤主动监测方法[D]. 姜海川.大连理工大学 2013
[7]钢筋混凝土结构的健康诊断和加固技术的研究[D]. 刘光焰.广西大学 2003
本文编号：3162959
【文章来源】：中国地震局地震研究所湖北省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
作者简介
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景与研究意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 国内外研究现状及存在的问题
1.2.1 压电传感技术在混凝土结构裂缝监测领域的研究现状
1.2.2 目前存在的问题
1.3 本文主要研究内容与研究思路
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究思路
第二章 压电主动传感理论与方法
2.1 引言
2.2 压电材料的介绍
2.2.1 压电材料
2.2.2 压电效应
2.2.3 压电材料的性能参数
2.2.4 压电方程
2.3 压电主动传感理论
2.4 数据处理与分析
2.4.1 小波包能量分析方法
2.4.2 数值归一化方法
2.5 本章小结
第三章 混凝土结构裂缝演化形式研究
3.1 引言
3.2 混凝土梁三点受弯加载的试验研究
3.2.1 混凝土配筋试件的制备
3.2.2 混凝土梁三点受弯加载试验系统
3.2.3 加载过程
3.2.4 试验结果
3.3 混凝土梁三点受弯加载的数值模拟
3.3.1 ABAQUS介绍
3.3.2 建立混凝土配筋梁模型
3.3.3 混凝土本构模型及单元损伤判定
3.3.4 定义边界条件及施加荷载
3.3.5 静力分析步设置
3.3.6 模型网格划分
3.3.7 仿真结果
3.4 裂缝演化形式对比分析
3.5 本章小结
第四章 混凝土结构裂缝的压电主动传感定量监测试验研究
4.1 引言
4.2 混凝土无筋试件的制备
4.3 混凝土裂缝的压电主动传感监测系统
4.3.1 混凝土裂缝对应力波的衰减机理
4.3.2 试验仪器及传感器
4.3.3 监测系统的搭建
4.4 试验过程
4.5 试验结果
4.5.1 跨中垂直裂缝工况试验监测结果
4.5.2 支座处斜裂缝工况试验监测结果
4.6 基于试验研究的裂缝参数定量区间分析
4.6.1 跨中垂直裂缝工况试验监测数据分析
4.6.2 支座处斜裂缝工况试验监测数据分析
4.7 本章小结
第五章 混凝土结构裂缝的压电主动传感定量监测仿真研究
5.1 引言
5.2 压电-预置裂缝混凝土梁机电耦合仿真
5.2.1 建立有限元模型
5.2.2 模型材料参数
5.2.3 激励信号
5.2.4 分析步及增量步的设置
5.2.5 网格划分原则
5.3 仿真过程
5.4 仿真结果
5.4.1 应力波在含裂缝混凝土内部的传播机理
5.4.2 跨中垂直裂缝工况仿真监测结果
5.4.3 支座处斜裂缝工况仿真监测结果
5.5 基于仿真研究的裂缝定量区间分析
5.5.1 跨中垂直裂缝工况仿真监测数据分析
5.5.2 支座处斜裂缝工况仿真监测数据分析
5.6 试验与仿真的裂缝参数定量区间对比
5.7 本章小结
第六章 混凝土结构的健康状况评定
6.1 引言
6.2 损伤评定方法的建立
6.2.1 建立基于信号能量值衰减的损伤程度评定方法
6.2.2 建立基于裂缝参数定量区间的损伤程度评定方法
6.3 健康状况评定
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 研究展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于瑞利波法对混凝土表面裂缝检测的数值研究[J]. 杜文卫,江刚,朱彬占,周小平,原志杰,李金鑫. 土木建筑与环境工程. 2018(04)
[2]基于压电传感器的混凝土损伤检测数值模拟[J]. 齐宝欣,张雨,李佳诺,贾连光. 压电与声光. 2018(03)
[3]面向结构健康监测的压电传感器综述[J]. 薛子凡,邢志国,王海斗,李国禄,刘喆. 材料导报. 2017(17)
[4]动荷载作用下的智能骨料力电效应仿真分析[J]. 杜国锋,何明星,吴方红,别雪梦. 武汉大学学报(工学版). 2016(04)
[5]基于PZT网络的混凝土梁裂缝检测实验[J]. 宋宁宁,吴凡. 实验室研究与探索. 2016(06)
[6]预拌混凝土行业现状与监管思路分析[J]. 康健. 工程质量. 2014(S2)
[7]基于压电阻抗的混凝土裂缝深度发展定量研究[J]. 蔡金标,李忠良,楼旦丰,陈双聪,张燕青. 压电与声光. 2014(01)
[8]基于压电波动法的混凝土裂缝损伤监测技术[J]. 孙威,阎石,焦莉,宋钢兵. 工程力学. 2013(S1)
[9]钢筋混凝土结构的病害[J]. 杨晓明,韩志强. 硅酸盐通报. 2013(05)
[10]ABAQUS中混凝土本构模型用于模拟结构静力行为的比较研究[J]. 聂建国,王宇航. 工程力学. 2013(04)
博士论文
[1]大跨斜拉桥的局部损伤监测和环境因素影响分离[D]. 梁亚斌.大连理工大学 2016
[2]利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术[D]. 孙威.大连理工大学 2009
[3]基于压电陶瓷的结构健康监测与损伤诊断[D]. 赵晓燕.大连理工大学 2008
[4]高强钢筋混凝土构件裂缝控制试验研究及有限元分析[D]. 戎贤.天津大学 2005
硕士论文
[1]基于压电主动传感法的钢管结构健康监测研究[D]. 李宗源.中国地震局地震研究所 2018
[2]基于压电阻抗特征频率偏移的螺栓轴向力监测[D]. 魏灯莱.武汉科技大学 2018
[3]基于压电陶瓷的冲击后钢筋混凝土桥墩模型裂缝检测研究[D]. 李俊.湖南大学 2017
[4]基于压电智能骨料的混凝土结构损伤主动监测研究[D]. 郑合营.大连理工大学 2016
[5]基于瞬态超声导向波的PZT型钢筋混凝土梁的数值模拟[D]. 衣娟.上海交通大学 2014
[6]基于压电智能骨料的混凝土结构损伤主动监测方法[D]. 姜海川.大连理工大学 2013
[7]钢筋混凝土结构的健康诊断和加固技术的研究[D]. 刘光焰.广西大学 2003
本文编号：3162959
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