基于压电陶瓷的桥梁伸缩缝疲劳损伤监测及波纹管密实性检测研究
发布时间：2021-02-20 07:19
随着国家经济的快速发展,各种大型土木结构也不断涌现,但结构长期受到荷载及其自然灾害的影响,易遭到损伤、侵蚀,造成结构破坏,因此,监测结构在服役期中是否安全,已成为一个重点研究课题。以压电陶瓷为代表的智能材料因具有经济环保、响频范围广、易加工剪裁、集驱动与传感功能于一体等优势,在结构智能监测领域被广泛应用。本文充分利用压电陶瓷在结构智能监测领域中的优点,提出了基于压电陶瓷的结构损伤监测的新技术,开展了基于压电波动法的桥梁伸缩缝疲劳损伤监测以及波纹管密实性检测试验研究,验证了新技术对疲劳损伤识别及密实性缺陷检测的可行性,具体研究工作如下:（1）总结了当前桥梁伸缩缝疲劳问题、预应力波纹管压浆不密实问题的研究现状以及压电陶瓷在土木结构损伤监测方面的运用,为试验研究的开展提供理论依据。（2）采用压电波动法对桥梁伸缩缝结构的疲劳损伤问题进行了监测试验研究。试验结果表明,随着疲劳损伤程度的增加,压电传感器接收的信号幅值和小波包能量呈现出递减趋势;由于试件横梁两侧受力不均匀,导致试件南侧焊缝的疲劳损伤远大于北侧损伤,因此,从时域信号和小波包能量可以看出,南侧传感器接收到的信号幅值和能量值远小于试件北侧...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１港珠澳大桥??根据交通运输部统计的最新数据显示，至２０１７年底，全国公路总里程４７７．３５万公??
?第一章绪论???图１．２伸缩缝处疲劳破坏??从上述调查数据可以看出，桥梁伸缩缝的破坏不仅会对驾驶员的行车舒适性造成严??重的影响，还会在一定程度上加剧车辆零件的损耗，甚至影响到桥梁结构的安全运营。??这使得人们逐渐认识到，要是能够对伸缩缝的疲劳损伤进行实时监测，就可以有效地评??估桥梁性能，从而更好地保障人们的生命财产。因此，为了对桥梁伸缩缝的疲劳损伤能??够实时监测与诊断，确保结构的安全运营，那么对其进行损伤识别和监测就显得尤为重??要。??１．１．２预应力波纹管压浆密实性检测??随着大跨桥梁技术不断完善与发展，近些年我国修建了大量的预应力混凝土桥梁，??并且主要以后张法预应力技术为主。然而对于后张法预应力混凝土桥梁，孔道压浆技术??是该类型桥梁施工中不可缺少的关键工序。目前，孔道压浆技术主要在波纹管孔道利用??灌浆料浆体包裹预应力筋，隔绝钢筋接触外界空气、水等不利因素，防止钢筋产生锈蚀，??确保预应力筋处于良好的工作状态。同时，浆体与预应力筋充分粘结，保证了预应力的??有效传递，从而使得预应力筋与混凝土构件两者共同工作，提高结构的稳定可靠性［１Ｇ］。??但是，在实际工程中，由于灌浆料大多现场配制而成，因此其质量难以保证。??此外，孔道压浆技术最大的问题是灌浆料的质量会随着时间的增加逐渐发生改变，??管道内部结构会在复杂环境与材料之间的化学作用等因素下发生损伤，出现缺陷、孔洞??甚至破坏结构。在最近几年内，随着规划化施工技术的实施，主要是由于贯穿式孔洞、??裂缝等原因造成了桥梁结构较早地出现老化与裂化等现象，导致预应力筋提早失去浆体??的保护，发生锈蚀、断裂［１１＿１３］。??预应力管道的灌浆质量直接或
硕士学位论文??［１４］。此外，比利时的Ｍａｌｌｅ桥与美国康涅狄格州的Ｂｉｓｓｅｌｌ大桥皆于１９９２年出现类似的??病害，经过有关部门调查，主要原因是预应力孔道灌浆不密实造成了桥梁的承载能力下??降。１９９８年，瑞士、德国等国调查了?１０７座预应力混凝土桥梁，发现了?７０％的预应力??孔道存在压浆不饱满的问题，仅有少数管道压浆完全密实ｔｍ。??国内桥梁的预应力管道密实性也不是十分理想，大约有４０％？６０％的预应力混凝土??连续梁或桥者刚构桥也存在同样的问题，正如图１．３所示。因此，需要一种简单有效的??检测手段能够检查出预应力孔道压浆质量缺陷，这对评估预应力结构的质量状况具有极??其重大的意义。??ａ）孔道完全不密实?ｂ）孔道中部不密实?ｃ）孔道上部不密实??图１．３孔道压浆不密实的现场照片??１．２?土木结构损伤检测的国内外研究现状??目前国内外许多学者针对上述两个问题开展了相关研宄，并取得了不少成果。本节??将重点介绍国内外对此的研究现状。??１．２．１钢结构疲劳检测技术??疲劳破坏是指材料或者结构在交变应力的作用下发生低于材料极限强度的破坏现??象。在机械工程中，疲劳破坏现象常常发生，因此疲劳强度是一个衡量机械寿命设计的??重要指标。据不完全统计，机械结构失效有８０％－９０％是由于交变应力引起的疲劳失效??而在土木工程领域中，这种疲劳破坏现象也同样广泛存在，桥梁伸缩缝装置便是??一个典型的例子，由于其长期处于各类车辆的交变荷载作用下而常发生疲劳破坏。对此，??国内外研宄者对其开展了长时间的研究，并逐步发展了多种检测方法。疲劳损伤检测方??法主要分为有损检测和无损检测，但是有损检测对结构会造成一定的损坏，
【参考文献】：
期刊论文
[1]新时代中国社会主要矛盾转化后对基本经济制度的新认识[J]. 葛扬. 经济纵横. 2018(01)
[2]基于压电波动测量的竹梁界面剥离监测试验[J]. 马晓倩,许斌,李俊. 压电与声光. 2017(05)
[3]《世界是通的:“一带一路”的逻辑》[J]. 王义桅. 理论学习. 2016(09)
[4]压电陶瓷材料发展概况[J]. 胡鸿,罗凯,王甜,王勇,梁晓丽. 信息记录材料. 2016(04)
[5]模数式桥梁伸缩缝疲劳寿命的分析[J]. 贺志勇,王野,阳初. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[6]基于递归奇异熵方法的波纹管压浆超声检测[J]. 陈媛,韩庆邦,姜学平,贾静,范洪辉,殷澄,朱昌平. 声学技术. 2016(01)
[7]基于系统解卷积技术的波纹管压浆质量检测[J]. 成锦,韩庆邦,陈媛,范洪辉,殷澄,朱昌平. 声学技术. 2015(04)
[8]冲击回波在预应力混凝土桥梁孔道压浆质量检测中的应用[J]. 张俊光,张勇. 内蒙古公路与运输. 2015(01)
[9]冲击回波法检测预应力波纹管孔道压浆质量的回波响应研究[J]. 褚锋,张峰,高磊,齐广志. 公路与汽运. 2015(01)
[10]大型MA类钢桥面铺装高温性能加速加载试验研究[J]. 张肖宁,容洪流,黄文柯,陈剑华. 华南理工大学学报(自然科学版). 2014(12)
硕士论文
[1]基于PZT阻抗法的钢结构桥梁高强螺栓损伤监测试验研究[D]. 唐超.长沙理工大学 2017
[2]PC箱梁桥钢绞线张拉力与波纹管孔道压浆密实性检测研究[D]. 曹原.山东大学 2016
[3]基于冲击回波法的预应力管道压浆质量检测[D]. 刘洋希.湖南大学 2013
[4]大位移桥梁伸缩缝动力学分析[D]. 严情木.西南交通大学 2013
[5]预应力管道灌浆质量检测的试验研究[D]. 栾健.中南林业科技大学 2011
本文编号：3042436
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１港珠澳大桥??根据交通运输部统计的最新数据显示，至２０１７年底，全国公路总里程４７７．３５万公??
?第一章绪论???图１．２伸缩缝处疲劳破坏??从上述调查数据可以看出，桥梁伸缩缝的破坏不仅会对驾驶员的行车舒适性造成严??重的影响，还会在一定程度上加剧车辆零件的损耗，甚至影响到桥梁结构的安全运营。??这使得人们逐渐认识到，要是能够对伸缩缝的疲劳损伤进行实时监测，就可以有效地评??估桥梁性能，从而更好地保障人们的生命财产。因此，为了对桥梁伸缩缝的疲劳损伤能??够实时监测与诊断，确保结构的安全运营，那么对其进行损伤识别和监测就显得尤为重??要。??１．１．２预应力波纹管压浆密实性检测??随着大跨桥梁技术不断完善与发展，近些年我国修建了大量的预应力混凝土桥梁，??并且主要以后张法预应力技术为主。然而对于后张法预应力混凝土桥梁，孔道压浆技术??是该类型桥梁施工中不可缺少的关键工序。目前，孔道压浆技术主要在波纹管孔道利用??灌浆料浆体包裹预应力筋，隔绝钢筋接触外界空气、水等不利因素，防止钢筋产生锈蚀，??确保预应力筋处于良好的工作状态。同时，浆体与预应力筋充分粘结，保证了预应力的??有效传递，从而使得预应力筋与混凝土构件两者共同工作，提高结构的稳定可靠性［１Ｇ］。??但是，在实际工程中，由于灌浆料大多现场配制而成，因此其质量难以保证。??此外，孔道压浆技术最大的问题是灌浆料的质量会随着时间的增加逐渐发生改变，??管道内部结构会在复杂环境与材料之间的化学作用等因素下发生损伤，出现缺陷、孔洞??甚至破坏结构。在最近几年内，随着规划化施工技术的实施，主要是由于贯穿式孔洞、??裂缝等原因造成了桥梁结构较早地出现老化与裂化等现象，导致预应力筋提早失去浆体??的保护，发生锈蚀、断裂［１１＿１３］。??预应力管道的灌浆质量直接或
硕士学位论文??［１４］。此外，比利时的Ｍａｌｌｅ桥与美国康涅狄格州的Ｂｉｓｓｅｌｌ大桥皆于１９９２年出现类似的??病害，经过有关部门调查，主要原因是预应力孔道灌浆不密实造成了桥梁的承载能力下??降。１９９８年，瑞士、德国等国调查了?１０７座预应力混凝土桥梁，发现了?７０％的预应力??孔道存在压浆不饱满的问题，仅有少数管道压浆完全密实ｔｍ。??国内桥梁的预应力管道密实性也不是十分理想，大约有４０％？６０％的预应力混凝土??连续梁或桥者刚构桥也存在同样的问题，正如图１．３所示。因此，需要一种简单有效的??检测手段能够检查出预应力孔道压浆质量缺陷，这对评估预应力结构的质量状况具有极??其重大的意义。??ａ）孔道完全不密实?ｂ）孔道中部不密实?ｃ）孔道上部不密实??图１．３孔道压浆不密实的现场照片??１．２?土木结构损伤检测的国内外研究现状??目前国内外许多学者针对上述两个问题开展了相关研宄，并取得了不少成果。本节??将重点介绍国内外对此的研究现状。??１．２．１钢结构疲劳检测技术??疲劳破坏是指材料或者结构在交变应力的作用下发生低于材料极限强度的破坏现??象。在机械工程中，疲劳破坏现象常常发生，因此疲劳强度是一个衡量机械寿命设计的??重要指标。据不完全统计，机械结构失效有８０％－９０％是由于交变应力引起的疲劳失效??而在土木工程领域中，这种疲劳破坏现象也同样广泛存在，桥梁伸缩缝装置便是??一个典型的例子，由于其长期处于各类车辆的交变荷载作用下而常发生疲劳破坏。对此，??国内外研宄者对其开展了长时间的研究，并逐步发展了多种检测方法。疲劳损伤检测方??法主要分为有损检测和无损检测，但是有损检测对结构会造成一定的损坏，
【参考文献】：
期刊论文
[1]新时代中国社会主要矛盾转化后对基本经济制度的新认识[J]. 葛扬. 经济纵横. 2018(01)
[2]基于压电波动测量的竹梁界面剥离监测试验[J]. 马晓倩,许斌,李俊. 压电与声光. 2017(05)
[3]《世界是通的:“一带一路”的逻辑》[J]. 王义桅. 理论学习. 2016(09)
[4]压电陶瓷材料发展概况[J]. 胡鸿,罗凯,王甜,王勇,梁晓丽. 信息记录材料. 2016(04)
[5]模数式桥梁伸缩缝疲劳寿命的分析[J]. 贺志勇,王野,阳初. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[6]基于递归奇异熵方法的波纹管压浆超声检测[J]. 陈媛,韩庆邦,姜学平,贾静,范洪辉,殷澄,朱昌平. 声学技术. 2016(01)
[7]基于系统解卷积技术的波纹管压浆质量检测[J]. 成锦,韩庆邦,陈媛,范洪辉,殷澄,朱昌平. 声学技术. 2015(04)
[8]冲击回波在预应力混凝土桥梁孔道压浆质量检测中的应用[J]. 张俊光,张勇. 内蒙古公路与运输. 2015(01)
[9]冲击回波法检测预应力波纹管孔道压浆质量的回波响应研究[J]. 褚锋,张峰,高磊,齐广志. 公路与汽运. 2015(01)
[10]大型MA类钢桥面铺装高温性能加速加载试验研究[J]. 张肖宁,容洪流,黄文柯,陈剑华. 华南理工大学学报(自然科学版). 2014(12)
硕士论文
[1]基于PZT阻抗法的钢结构桥梁高强螺栓损伤监测试验研究[D]. 唐超.长沙理工大学 2017
[2]PC箱梁桥钢绞线张拉力与波纹管孔道压浆密实性检测研究[D]. 曹原.山东大学 2016
[3]基于冲击回波法的预应力管道压浆质量检测[D]. 刘洋希.湖南大学 2013
[4]大位移桥梁伸缩缝动力学分析[D]. 严情木.西南交通大学 2013
[5]预应力管道灌浆质量检测的试验研究[D]. 栾健.中南林业科技大学 2011
本文编号：3042436
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