钢管混凝土构件钢管与混凝土界面剥离损伤识别的试验研究

将压电陶瓷片制成嵌入式压电功能元预埋入模拟了局部界面损伤的钢管混凝土柱试件内作为驱动器,在试件钢管外壁粘贴压电陶瓷片作为传感器,驱动器在信号源产生的电压信号作用下产生激励信号,测量钢管混凝土柱试件的监测面上不同位置上传感器的输出电信号.基于压电陶瓷传感器输出信号的小波包总能量和小波包能量谱对界面剥离损伤进行了识别,分别定义了两个界面剥离损伤指标EI和WVWPES,为监测钢管混凝土柱内部混凝土与钢管壁界面粘结质量提供了新的思路.     

基于嵌入压电技术的钢管混凝土界面缺陷检测

钢管混凝土构件的钢管对核心混凝土的约束是二者共同工作的基础,钢管壁与混凝土的界面剥离将削弱钢管对混凝土的约束效应,进而影响构件的承载力和延性等力学性能。利用外贴于钢管壁的压电陶瓷作为传感器和嵌入式压电功能元作为驱动器,本文提出了一种基于压电陶瓷波动测量与分析的钢管混凝土构件界面剥离损伤监测方法。对比健康状态下简谐激励下测量信号幅值和扫描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,利用所提出的压电监测技术和所定义的损伤指标,有效地识别了钢管混凝土构件的界面剥离损伤,损伤指标对损伤程度敏感。     

基于压电阻抗的钢管混凝土柱界面缺陷检测研究

在介绍基于压电阻抗的缺陷检测基本原理的基础上,利用压电传感器的压电阻抗测量对一大比例不规则多腔钢管混凝土试件中钢管内壁与核心混凝土之间的模拟界面剥离缺陷进行检测试验研究。对压电传感器在不同频段的机电耦合阻抗进行测量,基于压电阻抗测量值差的均方根定义损伤指标。结果表明,基于压电材料机电耦合阻抗测量可以实现属于隐蔽缺陷的钢管混凝土柱界面剥离缺陷的有效检测。     

管状压电陶瓷传感器工作机理及在非对称十字形配钢SRC矩形截面柱损伤监测中的应用

为解决传统片状压电陶瓷传感器安装困难和仅能监测试件一维损伤、易受应力波发射角度和接收角度影响的问题，突破球状压电陶瓷传感器不易封装和安装的局限，研发了管状压电陶瓷传感器，实现传感器快速安装和试件损伤二维监测。建立管状压电陶瓷传感器的力学模型，揭示其沿径向发射和接收应力波的工作机理，并应用于非对称十字形配钢型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)矩形截面柱的损伤监测。提出小波包能量谱均方根损伤指标，对柱两个平面方向的损伤进行诊断和评估。研究结果表明：管状压电陶瓷传感器安装方便，对捕捉低周往复荷载下混凝土损伤具有较高的灵敏度；基于管状压电陶瓷传感技术的结构内部损伤监测和评估方法能较精确地实现试件损伤量化分析；非对称十字形配钢型钢混凝土矩形截面柱的型钢内缩侧混凝土损伤大于另一侧，在相同含钢率下增大轴压比使柱承载力提高，延性降低，耗能能力减弱，混凝土损伤加剧。     

基于压电陶瓷的混凝土柱应力监测模拟研究

为研究根据压电陶瓷灵敏度系数反推结构内部应力的可行性,将压电陶瓷片埋置于混凝土短柱内部,利用有限元分析软件ABAQUS建模进行仿真模拟,选用C3D8E压电单元模拟压电陶瓷片,选用C3D8R单元模拟混凝土短柱,采用位移加载制度对混凝土短柱施加竖向荷载。根据数值模拟获取的压电陶瓷片电压值及其理论灵敏度值反推出混凝土短柱内部的应力,将此结果与有限元模拟得到的应力值进行对比分析,两者之间相差较小。研究结果表明,所建分析模型合理,利用压电陶瓷传感器可以较好地实时监测混凝土结构内部应力。     

大截面钢管混凝土柱界面性能与混凝土的质量检测方法

混凝土质量以及界面粘结性能的损伤和缺陷的存在会对结构性能造成负面影响,必须采取新手段对钢管混凝土柱中混凝土的浇筑质量以及钢管混凝土柱钢管与混凝土的粘结性能进行必要的检测与评估。结合工程实践,应用压电应力波测量和压电机电耦合阻抗测量的检测方法,有效地解决了钢管混凝土柱界面与混凝土质量检测的难题,可供类似项目借鉴。     

基于压电陶瓷的圆钢管混凝土短柱冲击应力监测模拟研究

为研究压电陶传感器在实时监测结构冲击应力方面的可行性,将压电陶瓷片置于圆钢管混凝土短柱中部截面处,利用有限元软件ABAQUS在冲击荷载作用下对圆钢管混凝土短柱进行仿真数值模拟,并将试验结果与仿真模拟结果进行对比,验证了模拟过程中建模及参数选取的正确性。同时通过命令流获取的压电陶瓷片电压值及其理论灵敏度值反推出核心混凝土内部的应力,将此结果与对应点模拟得到的应力值进行分析,最终两者呈线性分布;同时将此应力值与放置混凝土块模拟出的应力值对比分析,得到增幅大体一致的应力时程曲线。研究结果表明,利用压电陶瓷片可以较好地监测冲击作用下核心混凝土内部时变应力。     

基于应力波的PZT型钢筋混凝土梁构件的数值模拟

采用导向波法及压电陶瓷(PZT)传感器,通过数值模拟对钢筋混凝土梁构件内部的损伤探测进行了研究。首先,建立钢筋混凝土梁构件的二维轴对称有限元模型,然后对压电陶瓷激励器施加电压,利用其在结构中产生的导向应力波,对脱粘及裂缝损伤展开有限元模拟和分析,并与试验数据进行对比,较高的吻合度验证了有限元模型的正确性,进一步分析得出输出信号可用于探测构件内部的通长裂缝损伤。为解决输出电压信号较小的问题,对有限元模型进行优化,通过改变PZT的嵌入方式和PZT的面积,表明优化后的模型能够显著增强输出信号,减小噪音的影响。     

陶瓷纤维混凝土高温损伤的小波包能量谱分析

制备了陶瓷纤维混凝土(ceramic fiber reinforced concrete,CFRC),通过超声波检测及小波包变换,在频域内对不同温度、不同冷却方式下CFRC的声波测试信号进行了分解分析。结果表明:声波测试信号的小波包能量谱同试件内部的损伤演化具有较好的相关性,随着温度的升高以及损伤程度的增大,高频分量所占能量密度不断减小,能量谱中心逐渐向低频端移动;同自然冷却情况相比,喷水冷却对能量谱分布造成的影响更为显著;基于小波包能量谱定义的损伤特征向量对CFRC高温损伤的敏感性较好,可用以判别CFRC的工况类型及损伤程度。     

利用压电智能骨料对混凝土结构损伤的识别研究

通过试验验证利用压电陶瓷(如PZT)智能骨科对混凝土结构在静力荷载作用下进行健康监测的有效性.通过在混凝土结构中预埋智能骨料作为作动器和传感器,发射和接收检测信号,应用基于小波包能鞋参数的损伤判定方法,对结构的健康和损伤信号能量进行对比和分析,确定损伤指数(RMSD).试验结果表明:利用PZT智能骨料能够有效地对混凝土结构在静力荷载作用下的损伤状况进行实时监测,并利用所提出的方法进行损伤的初步判定.     

钢筋混凝土腐蚀损伤超声导波信号小波分析及评价

本文针对钢筋混凝土中的腐蚀损伤,应用电化学方法对钢筋混凝土小梁进行不同程度的加速腐蚀试验,并对其分别进行超声导波测试,经过首波能量分析,得出腐蚀前后信号能量变化。又分别对原始信号进行小波包分析,得到各腐蚀阶段的小波包能量谱,通过各频段信号的能量分布的变化来诊断结构的损伤程度。用小波包分析得出信号的时频曲线,以及各个损伤阶段的波形特征,损伤类别,和频率分布。     

大跨悬索桥损伤预警方法

本文在基于小波包能量谱的结构损伤预警理论基础上,建立了大跨悬索桥损伤预警方法,并以润扬大桥悬索桥为例,详细研究了损伤预警指标的损伤适用性和损伤敏感性.分析结果表明,采用基于小波包能量谱的结构损伤预警指标能有效地发现大跨悬索桥桥面结构的损伤,并且不同预警指标的损伤敏感性不同.     

火灾作用下钢管混凝土柱截面温度变化与脱黏关系研究

应用有限元方法,分析了火灾作用下钢管混凝土柱截面温度变化与脱黏之间的关系。研究表明,火灾作用下钢管混凝土柱易发生脱黏,脱黏主要取决于防火涂层厚度和火灾作用时间;防火涂层厚度对初始脱黏空隙厚度的影响较大,对于常用钢管混凝土柱,无防火涂层时初始脱黏空隙厚度在0.33～2.04 mm之间,防火涂层厚度为10 mm时初始脱黏空隙厚度在0.87～9.24 mm之间;脱黏使得钢管表面的温度升高,核心混凝土的温度降低,相比之下,有防火涂层时截面温度变化受脱黏的影响更大;脱黏空隙厚度随火灾作用时间的增大而增大,并且管径越大,空隙的变化幅度越大;脱黏空隙厚度同时也受防火涂层厚度影响,有防火涂层的试件最终脱黏空隙厚度比无防火涂层试件有所减小。     

岩体爆破损伤声波测试信号频谱特征的小波(包)分析

 岩体爆破损伤特性除了影响声波速度外,同时造成声波能量衰减和频谱特征的变化。为弥补单纯声波速度分析的不足,更好地利用岩体声波信号携带的丰富信息,在某地下工程围岩中开展10次小药量模拟爆破岩体损伤声波测试研究。针对傅立叶分析的缺陷,运用小波(包)变换方法,对声波测试信号的频谱特征进行分解分析。研究结果表明：(1) 经小波(包)变换得到的爆破前后岩体声波频谱特征变化规律非常明显;(2) 2–4,2–5和2–6尺度下小波分量的幅值和功率谱密度远大于其他尺度下的小波分量的幅值和功率谱密度,对岩体爆破损伤的敏感性较好;(3) 岩体爆破损伤作用导致声波测试信号的能量集中区和最大能量分布百分比对应的频段(频率)向低频方向偏移。研究成果对于揭示岩体爆破损伤与声波测试信号频谱特征之间的内在联系具有一定的指导意义。     

Effects of debonding on circular CFST stub columns

Core concrete subjected to confinement effect from steel tube is the main advantage of concrete filled steel tubular (CFST) column under compression. However, this beneficial composite action could be weakened even destroyed by debonding, which is almost unavoidable as a common phenomenon in CFST structures and has not been considered satisfactorily by current design codes. In this paper, the influence of debonding on circular CFST stub columns was investigated experimentally and numerically. The main experimental parameters were the debonding arc-length ratio, the confinement factor and the load mode. Meanwhile, the finite element models were implemented using the ABAQUS finite element software, of which the validity and accuracy were verified by test results. Utilising the finite element model, the parametric analysis was carried out to study the influence of the following parameters on the ultimate load capacity of debonding specimens: debonding arc-length ratio, debonding thickness and confinement factor. Based on the results of parametric analysis, a simplified calculation formula was proposed to calculate the ultimate load capacity of circular CFST stub columns with debonding.     

钢管壁剥离对钢管混凝土短圆柱的影响

钢管对核心混凝土的约束是受压钢管混凝土的主要优点。然而,这种有利效应常由于钢管壁的剥离而弱化甚至失效,这几乎是钢管混凝土结构不可避免的普遍现象,现有规范也没有较好地考虑此情况。对钢管混凝土柱中的剥离影响进行研究,主要参数有:剥离弧长比、约束因子和加载模式。采用有限元分析软件ABAQUS,建立有限元模型。试验结果验证了该模型的有效性和准确性。利用有限元模型进行参数分析,研究剥离弧长比、剥离厚度、约束因子等参数对剥离试件极限承载力的影响。基于参数分析结果,提出钢管壁剥离的钢管混凝土短圆柱极限承载力的简化计算方法。     

碳纤维增强复合材料布加固损伤预应力混凝土梁剥离性能试验分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)布用于普通混凝土结构加固性能研究较为深入,而对于预应力混凝土结构加固性能的研究相对较少。为了研究CFRP布加固损伤预应力混凝土结构黏结性能对其受力性能的影响,通过对3根CFRP布加固不同损伤程度的高强预应力钢筋混凝土梁进行静载试验,研究损伤程度及预应力度对其黏结性能的影响。试验发现,试件破坏前CFRP布均发生剥离,达到破坏时,CFRP布完全剥离、拉断或受压区混凝土被压碎。通过CFRP布应变-荷载曲线及试件挠度-荷载曲线分析表明,试件的剥离荷载与其损伤程度呈反比,而与预应力度呈正比。     

Study on Recycled-Concrete-Filled Steel Tube and recycled concrete based on damage mechanics

The damage mechanics is for the first time applied to the research on the Recycled-Concrete-Filled Steel Tube (RCFST) and Concrete-Filled Steel Tube (CFST). A new damage model is provided and the recycled concrete and ordinary concrete are idealized to be shunt-wound and series-wound spring in this paper. The energy-absorbing capacity of recycled concrete is worse than that of ordinary concrete, because the initial damage of recycled concrete is more than that of the latter, which is verified by experiments. For RCFST and CFST, the initial damage of recycled concrete and ordinary concrete does not continue to grow, attributing to the tightening-ring force of steel tube. The energy-absorbing capacity of RCFST in the elastic range is much more than that of recycled concrete in the elastic range, and their ratio calculated based on the damage mechanics model in this paper is in agreement with the experimental results. Also, the difference of released strain energy between RCFST and CFST due to the initial damage based on the damage model is close to that based on experimental load–displacement curves of RCFST and CFST, which shows further feasibility of applying damage theory to studying RCFST.     

基于压电陶瓷的灌浆套筒缺陷检测及应力传播模拟研究

为了判断灌浆套筒内部是否存在缺陷,基于压电陶瓷检测方法,检测了不同缺陷程度的竖直向套筒和水平向套筒,比较了截面灌浆量对响应信号幅值的影响; 从小波包能量的角度分析了截面灌浆量对信号能量的影响,并基于小波包能量分析提出了缺陷评价指标; 通过有限元方法,模拟了应力波在不同截面灌浆量的灌浆套筒内的传播,分析了缺陷大小对应力波传播的影响。结果表明:响应信号幅值随灌浆套筒内部缺陷严重程度增大而增大,完全脱空情况下的幅值均值为灌浆饱满时的293%; 通过小波包能量分析,响应信号属于低频信号,基于小波包能量分析提出的缺陷评价指标能够定量反映灌浆套筒内部缺陷程度; 有限元模拟结果可视化地展示了应力波在套筒内的传播路径,内部缺陷的严重程度会对应力波的传播路径和能量耗散程度造成影响,灌浆量越小,内部缺陷越大,应力波传播越集中,最终能量损失越小。