基于嵌入压电技术的钢管核心混凝土缺陷检测

钢管混凝土构件核心混凝土缺陷影响到其延性和承载力。利用自制的嵌入式压电功能元,该文提出了基于压电陶瓷应力波测量与分析的核心混凝土缺陷监测方法。通过对比在不同状态的简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下小波包能量的差异,定义了基于测量信号幅值和小波包能量的损伤指标。结果表明,利用提出的嵌入式压电技术和定义的损伤指标,有效地识别了钢管混凝土构件的核心混凝土损伤,损伤指标对损伤程度敏感。     

钢管混凝土柱断面界面剥离缺陷检测试验研究

提出一种基于压电陶瓷激励与传感技术的钢管混凝土柱界面粘结缺陷检测方法。将嵌入式压电功能元和粘贴在钢管外壁的压电陶瓷片分别作为驱动器和传感器,比较不同频率简谐信号下传感器测量幅值,发现界面剥离区域传感器测量信号幅值明显小于无剥离区域传感器信号幅值,探讨了不同激励频率下所定义的损伤指标的变化。     

基于表面压电波动测量的钢管砼剥离检测试验

钢管混凝土结构结合了钢管与混凝土两者的力学优点,具有优越的力学性能,被广泛应用于超高层建筑和大跨度桥梁中,但钢管管壁与内部核心混凝土间的界面剥离将会对其承载力等力学性能带来负面影响。该文提出一种通过在钢管壁同侧布置压电陶瓷片作为驱动器和传感器,基于表面波动测量的矩形截面钢管混凝土构件的界面剥离缺陷检测方法,通过在一矩形截面钢管混凝土柱钢管的四面内壁设置不同程度剥离缺陷进行测试,对比简谐激励下健康工况和不同尺寸缺陷工况下压电传感器测量信号幅值,定义界面损伤指标实现了管壁界面剥离缺陷检测。结果表明,基于表面波动测量的钢管混凝土柱内部界面剥离缺陷状况检测方法有效,损伤指标与损伤程度相关。     

基于压电波动测量的竹梁界面剥离监测试验

作为天然绿色材料胶合竹材在建筑和土木工程上的应用引起广泛关注,对外荷载作用下竹结构的状态进行监测具有重要应用价值。该文对一竹梁构件模型进行分级加载直至破坏,基于压电应力波传播与测量对其各受力状态下的状态进行监测。通过对比不同荷载等级时简谐激励信号下压电传感器的测量信号的幅值和扫频激励下小波包能量的差异,定义相应的损伤指标,实现了对竹梁构件在加载过程中损伤状态的有效监测。     

组合结构空洞缺陷检测压电阻抗数值模拟研究

钢管混凝土等组合结构在超高层建筑中的应用日益广泛,其核心混凝土的空洞缺陷会严重影响构件的力学性能。该文利用数值模拟法对基于压电阻抗的核心混凝土空洞缺陷检测技术的作用机理进行了深入研究。通过对比有、无缺陷区域的阻抗计算结果,分析判定缺陷位置,并定义偏差均方根损伤指标来评估测点位置的损伤程度。结果表明,核心混凝土空洞缺陷的存在会导致相应位置的嵌入式压电传感器阻抗频率曲线产生显著变化,所定义的损伤指标可有效识别核心混凝土的空洞缺陷,数值模拟法成功验证了基于压电阻抗法的核心混凝土空洞缺陷检测技术的有效性。     

基于外贴压电材料的钢管混凝土界面缺陷检测

钢管混凝土构件在超高层建筑和超大跨桥梁中的应用日益广泛,其钢管对核心混凝土的有效约束是发挥其力学性能优势的关键,钢管内壁与核心混凝土的界面剥离将削弱约束效应进而对构件的承载力和延性等力学性能带来负面影响。该文利用力锤激励钢管外壁,利用外贴于钢管外壁的压电陶瓷片作为传感器,通过对压电陶瓷监测波动信号在合适频段上的频响函数的分析,实现钢管混凝土构件界面剥离损伤监测。结果表明,提出的压电监测技术有效地识别了钢管混凝土构件的人工模拟和实际界面剥离缺陷,损伤指标对界面剥离缺陷敏感。     

冲击下钢筋混凝土桥墩损伤监测试验研究

钢筋混凝土桥墩受船舶等撞击后损伤状况的监测对其安全性评估具有重要意义。该文提出一种基于压电应力波传播的钢筋混凝土桥墩损伤状况监测方法,对表面布置有压电陶瓷传感器阵列的钢筋混凝土桥墩缩尺模型进行落锤冲击试验,对比冲击前后简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下测量信号小波包能量值,实现试件裂缝损伤监测。监测结果与试件实际开裂情况吻合。结果表明,所提方法能有效地监测桥墩结构在冲击作用后的裂缝损伤状况。     

基于表面波的钢管砼界面剥离检测模拟分析

钢管混凝土结构充分利用了钢管和混凝土的优点,具有优越的力学性能,被广泛应用于高层建筑及大型桥梁中。然而,钢管和混凝土间的界面剥离缺陷却会给结构力学性能带来负面影响,对隐蔽性的界面剥离缺陷进行有效检测很重要,基于同侧压电陶瓷片驱动与表面波测量进行检测易于实施。该文运用ANSYS建立了带界面剥离缺陷的钢管混凝土柱模型,通过在钢管混凝土柱表面同侧粘贴压电陶瓷(PZT)片进行驱动和传感,对具有不同长度缺陷的钢管混凝土柱的信号进行数值模拟分析,并与健康工况下的信号进行比较。数值模拟结果表明,界面剥离缺陷工况下的信号幅值较健康工况下大,且损伤程度与信号幅值改变呈正相关,损伤尺度越大,信号幅值越大。该文提出的基于表面波测量的界面剥离缺陷检测方法有效。     

灌浆缺陷套筒应力波传播数值模拟研究

灌浆套筒是装配式混凝土结构的关键连接部件,内部灌浆缺陷会严重影响结构力学性能。该文利用机电耦合数值模拟法对基于压电陶瓷驱动下灌浆缺陷套筒内应力波传播特性进行了研究。通过对比健康状况和设置有不同程度灌浆缺陷的套筒模型上的压电陶瓷片测量电压幅值,分析了缺陷与测量信号的关系,并定义了缺陷评价指标评估套筒灌浆缺陷程度。结果表明,套筒灌浆缺陷导致压电片接收压电幅值显著增大。所定义的缺陷评价指标能有效识别套筒内部的灌浆缺陷,基于粘贴压电传感器的应力波测量了用于反映套筒灌浆缺陷的影响。     

基于压电波动测量的套筒灌浆缺陷检测试验

套筒灌浆连接是当前装配式建筑中受力钢筋的主要连接方式,其灌浆质量是影响装配式混凝土结构性能的关键因素之一。运用压电陶瓷材料的驱动和传感功能,该文提出了一种基于波动分析的套筒灌浆缺陷主动检测方法,并通过试验验证其可行性,通过数值模拟分析其机理。在套筒连接钢筋表面粘贴压电片,测量健康试件和设置有不同尺寸缺陷试件上压电陶瓷传感器的输出信号,并对小波包能量进行分析和比较。结果表明,灌浆缺陷导致压电陶瓷传感器输出信号的电压幅值增大,小波包能量指标与套筒灌浆缺陷尺寸大小相关。该法能对套筒内灌浆缺陷进行有效检测。     

矩形钢管砼截面内缺陷对不同路径波动测量的影响

钢管混凝土结构在超高层建筑中的应用日益广泛,由于施工质量控制不到位及混凝土材料收缩等原因,其内部可能出现核心混凝土空洞缺陷及混凝土与钢管壁间的界面剥离缺陷,进而对其力学性能带来负面影响。该文针对矩形钢管混凝土截面的缺陷检测,在表面粘贴压电陶瓷片进行测量,对这两种内部缺陷在不同测试路径上压电陶瓷片响应的影响进行试验和数值模拟分析。通过对健康、存在核心混凝土空洞和界面剥离缺陷的不同试件不同检测路径上压电传感器输出信号的比较,研究了缺陷对应力波传播的影响,并得到采用对测方式检测的敏感范围。结果表明采用对测方法可有效检测钢管混凝土缺陷,其敏感范围的确定具有工程意义。     

基于压电阻抗的钢管砼柱横隔板剥离缺陷检测

该文提出了一种基于压电阻抗测量的大型不规则多腔钢管混凝土柱中横隔板下与核心混凝土的界面剥离缺陷检测方法。在横隔板上、下表面粘贴压电陶瓷片并在横隔板以下混凝土中嵌入压电功能元,对压电材料的机电耦合阻抗进行测量,结果表明,界面剥离缺陷区域的压电陶瓷片和嵌入式压电功能元的阻抗测量结果出现明显变化。通过机电耦合阻抗测量可实现大型不规则钢管混凝土柱横隔板下表面与混凝土的界面粘结缺陷的有效检测。     

基于压电材料的钢筋砼-钢组合塔筒损伤监测

钢筋混凝土-钢组合塔筒作为一种新型的风电塔架形式,其混凝土段的开裂对其使用寿命具有重要影响,对其混凝土段的开裂进行监测具有重要意义。该文提出了一种基于压电陶瓷激励的应力波测量的钢筋混凝土塔段的开裂监测方法,以某钢筋混凝土-钢塔筒缩尺模型为对象,以布置在钢筋混凝土塔筒表面的压电陶瓷片为激励器,利用布置在钢筋混凝土塔筒不同高度位置的压电陶瓷片作为传感器,实现在不同水平往复加载下的应力波的测量。对混凝土塔段从裂缝开始出现直至构件最终破坏整个过程各压电陶瓷片的响应进行分析,并定义损伤指标。结果表明,定义的指标不仅可较好反应裂缝实际出现位置,且与加载等级相关,所提出的监测方法可对钢筋混凝土塔段裂缝的发生和发展过程进行有效监测。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁剥离检测试验研究

利用碳纤维增强复合材料(CFRP)对混凝土梁进行外部加固技术的应用日益广泛。CFRP加固钢筋混凝土梁因纤维端部应力集中而易发生早期的片材端部剥离破坏,对界面剥离进行有效检测具有重要意义。该文提出了基于压电驱动与应力波测量的CFRP与混凝土梁之间的界面剥离损伤监测方法,对CFRP补强钢筋混凝土梁进行四点弯试验,对试件从裂缝开始出现,直至最终破坏整个过程中各压电陶瓷片的测量响应进行分析,并定义损伤指标。结果表明,提出的界面剥离缺陷检测方法可对CFRP加固混凝土梁界面剥离发生、发展全过程进行有效监测,为预警提供了帮助。