基于PZT阻抗技術(shù)的結(jié)構(gòu)損傷識別研究.pdf

1、地震、水災、風災、火災等自然災害的頻發(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發(fā)現(xiàn)而繼續(xù)發(fā)展并積累到一定程度，可能會導致整個結(jié)構(gòu)的突發(fā)性失效，給人民的生命和財產(chǎn)造成災難。因此，實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的健康狀況，準確識別初始微小損傷具有重要的理論和應用價值。
　　 本文在國家杰出青年科學基金項目(No.50925828)《結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與振動控制》和國家自然科學基金面上項目(No.50778077)《基于PZT監(jiān)測信

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

3、。分別對PZT-鋼梁體系和PZT-水泥基體系在不同溫度工況下的測量導納信號進行了對比分析，找出兩種體系受溫度影響的信號變化規(guī)律。針對它們受溫度影響顯現(xiàn)出的不同的信號變化規(guī)律，選用了兩種溫度補償方法進行溫度補償，顯著抑制了測量導納信號因溫度變化導致的曲線偏移，能有效避免對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的誤判，達到了溫度補償?shù)哪康摹?br>　　 2.探索了PZT傳感器對于鋼梁銹蝕損傷的敏感性和監(jiān)測銹蝕發(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、運用3個自制表面粘貼PZT傳感器對鋼梁的局部銹蝕狀態(tài)進行為期五個半月的銹蝕發(fā)展過程監(jiān)測試驗。分析測量導納信號，發(fā)現(xiàn)導納曲線隨銹蝕天數(shù)的增加規(guī)律性左移。通過定義諧振頻率偏移率指標SRMSD，分析了PZT傳感器的SRMSD與銹蝕時間的關(guān)系。結(jié)果表明表面粘貼PZT傳感器對鋼梁銹蝕損傷敏感，能夠識別和監(jiān)測銹蝕發(fā)展過程，可以用于鋼構(gòu)件的銹蝕監(jiān)測。
　　 3.對比研究了表面粘貼PZT傳感器與植入式PZT傳感器對鋼筋混凝土梁的損傷檢測效果。

5、首先，運用有限元分析軟件對植入單個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別過程進行模擬；用分布式多個植入式PZT傳感器對混凝土梁中的裂紋定位過程進行模擬；運用損傷指標對表面粘貼PZT傳感器與植入式PZT傳感器的損傷檢測效果進行對比。其次，制作了防水防外力破壞的植入式PZT傳感器，對其穩(wěn)定性進行了檢驗。最后，運用自制植入式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)生疲勞損傷與保護層不同