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基于压电阻抗的钢骨混凝土结构界面缺陷监测研究

发布时间:2018-07-18 09:39
【摘要】:近年来,中国的超高层建筑发展迅猛,很多在建的超高层高度超过了600米。钢骨混凝土柱由于具有承载能力高、变形能力和延性好、地震作用下耗能能力强等优点,近年来被广泛应用到超高层建筑竖向承重构件中。超高层建筑中钢骨混凝土柱横截面往往较大,因此预埋的钢骨大多采用竖向钢板加上横隔板复杂多腔结构形式。由于大体积混凝土固结时的收缩以及其本身的缺陷,多腔形式的钢骨混凝土柱容易出现预埋的钢骨或者横隔板与核心混凝土剥离的现象。因为传统方法无法有效对钢骨混凝土的缺陷进行监测,如何对界面剥离缺陷进行有效识别成为钢骨混凝土应用中越来越受到关注的难题之一。本文提出一种基于粘贴式压电陶瓷传感器和预埋式压电功能元的机电耦合阻抗法对大型多腔钢骨混凝土柱界面剥离损伤识别的方法。通过对压电陶瓷传感器采集到的阻抗数据的图形分析,使用均方根差值作为损伤指标进行数学分析。结果表明定义的损伤指标能够很好的识别界面剥离损伤。本文的研究为大型多腔钢骨混凝土界面剥离缺陷的识别提供了一种较好的方案。本文主要研究内容如下:(1)介绍了基于压电陶瓷的机电耦合阻抗法的发展和应用背景。简要的介绍了压电陶瓷材料特性以及基于压电陶瓷的结构健康监测方法。详细说明了机电耦合阻抗法基本原理以及机电耦合阻抗测试系统。(2)进行了基于压电陶瓷机电耦合阻抗法复杂截面钢骨混凝土巨柱缩尺模型监测试验,通过人工模拟界面剥离缺陷,对钢骨混凝土试验柱进行了损伤监测。结果表明:阻抗法能够有效识别界面剥离缺陷。(3)对某超高层项目的复杂钢骨混凝巨土的界面粘结剥离状况进行了实时监测。试验表明:首次监测和复测的监测结果吻合程度很好,说明钢骨混凝土柱界面粘结性能较好;压电陶瓷片以及嵌入式压电功能元能够较好的在钢骨混凝土中持续工作,能够满足结构健康监测中长期实时监测的要求。
[Abstract]:In recent years, the super high rise building in China has developed rapidly and a lot of super high rise height is over 600 meters. The steel reinforced concrete column has been widely used in the construction of super high rise building vertical bearing members in recent years because of its high bearing capacity, good deformability and ductility and strong energy dissipation under the earthquake. The cross section of the soil column is often large, so the pre buried steel is mostly used in the form of the vertical steel plate and the complex multi cavity structure of the diaphragm. Due to the shrinkage of the consolidation of the mass concrete and its own defects, the steel bone concrete column in the form of multi cavity is easily stripped of the buried steel or the diaphragm and the core concrete. The method can not effectively monitor the defects of steel reinforced concrete. How to effectively identify the defects of the interface has become one of the more and more important problems in the application of steel reinforced concrete. This paper presents a kind of mechatronic impedance method based on the bonding type piezoelectric ceramic sensor and the pre embedded piezoelectric function element to the large multi cavity steel bone. A method of identifying the interfacial debonding damage of concrete columns. Through the graphic analysis of the impedance data collected by a piezoelectric ceramic sensor, the mean square root difference is used as the damage index to analyze the damage. The results show that the defined damage index can identify the interfacial debonding damage well. This study is a large multi cavity steel reinforced concrete interface. The main contents of this paper are as follows: (1) the development and application background of electromechanical coupled impedance method based on piezoelectric ceramics are introduced. The characteristics of piezoelectric ceramic materials and the structure health monitoring method based on piezoelectric ceramics are briefly introduced. The mechanical coupled impedance method is described in detail. The principle and electromechanical coupling impedance test system (2) a large column scale model monitoring test of steel reinforced concrete with complex cross section based on piezoelectric ceramics is carried out. The damage monitoring of steel reinforced concrete test columns is monitored by artificial interface stripping defects. The results show that the impedance method can effectively identify the interfacial stripping defects. (3 The experimental results show that the first monitoring and retest results are in good agreement, indicating that the interfacial bonding performance of the steel reinforced concrete column is better, and the piezoelectric ceramic and the embedded piezoelectric functional element can be better held in the steel reinforced concrete. Continuous work can meet the requirements of long-term and real-time monitoring of structural health monitoring.
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU398.9;TU317

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本文编号:2131506

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