基于PZT阻抗技術(shù)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究.pdf

1、地震、水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、火災(zāi)等自然災(zāi)害的頻發(fā)使土木工程結(jié)構(gòu)不可避免地產(chǎn)生損傷。若結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的早期損傷未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而繼續(xù)發(fā)展并積累到一定程度，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的突發(fā)性失效，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成災(zāi)難。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的健康狀況，準(zhǔn)確識(shí)別初始微小損傷具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文在國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目(No.50925828)《結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與振動(dòng)控制》和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No.50778077)《基于PZT監(jiān)測(cè)信

2、號(hào)的混凝土微小損傷識(shí)別及其損傷演化研究》的資助下，基于壓電陶瓷PZT的耦合機(jī)電阻抗對(duì)微小裂紋敏感的特點(diǎn)，運(yùn)用自制表面粘貼PZT傳感器和植入式PZT傳感器，針對(duì)土木工程的幾種常見材料的銹蝕、疲勞微裂紋、保護(hù)層脫落等損傷進(jìn)行損傷檢測(cè)研究，綜合應(yīng)用理論分析、數(shù)值模擬、試驗(yàn)驗(yàn)證等手段在以下幾方面展開工作并取得了一定成果：
　　 1.探尋了溫度因素對(duì)基于PZT傳感器的損傷檢測(cè)的影響，并采用合適的溫度補(bǔ)償方法減小了因溫度變化帶來的不利影響

3、。分別對(duì)PZT-鋼梁體系和PZT-水泥基體系在不同溫度工況下的測(cè)量導(dǎo)納信號(hào)進(jìn)行了對(duì)比分析，找出兩種體系受溫度影響的信號(hào)變化規(guī)律。針對(duì)它們受溫度影響顯現(xiàn)出的不同的信號(hào)變化規(guī)律，選用了兩種溫度補(bǔ)償方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償，顯著抑制了測(cè)量導(dǎo)納信號(hào)因溫度變化導(dǎo)致的曲線偏移，能有效避免對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的誤判，達(dá)到了溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹?br>　　 2.探索了PZT傳感器對(duì)于鋼梁銹蝕損傷的敏感性和監(jiān)測(cè)銹蝕發(fā)展的適用性。采用人工模擬海洋環(huán)境加速局部銹蝕的方法，

4、運(yùn)用3個(gè)自制表面粘貼PZT傳感器對(duì)鋼梁的局部銹蝕狀態(tài)進(jìn)行為期五個(gè)半月的銹蝕發(fā)展過程監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。分析測(cè)量導(dǎo)納信號(hào)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)納曲線隨銹蝕天數(shù)的增加規(guī)律性左移。通過定義諧振頻率偏移率指標(biāo)SRMSD，分析了PZT傳感器的SRMSD與銹蝕時(shí)間的關(guān)系。結(jié)果表明表面粘貼PZT傳感器對(duì)鋼梁銹蝕損傷敏感，能夠識(shí)別和監(jiān)測(cè)銹蝕發(fā)展過程，可以用于鋼構(gòu)件的銹蝕監(jiān)測(cè)。
　　 3.對(duì)比研究了表面粘貼PZT傳感器與植入式PZT傳感器對(duì)鋼筋混凝土梁的損傷檢測(cè)效果。

5、首先，運(yùn)用有限元分析軟件對(duì)植入單個(gè)PZT傳感器的混凝土梁在無損和發(fā)生不同程度損傷的各種工況下的損傷識(shí)別過程進(jìn)行模擬；用分布式多個(gè)植入式PZT傳感器對(duì)混凝土梁中的裂紋定位過程進(jìn)行模擬；運(yùn)用損傷指標(biāo)對(duì)表面粘貼PZT傳感器與植入式PZT傳感器的損傷檢測(cè)效果進(jìn)行對(duì)比。其次，制作了防水防外力破壞的植入式PZT傳感器，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了檢驗(yàn)。最后，運(yùn)用自制植入式PZT傳感器與表面粘貼PZT傳感器，展開了鋼筋混凝土梁在低頻沖擊下產(chǎn)生疲勞損傷與保護(hù)層不同