本文選題：鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)　切入點(diǎn)：界面剝離損傷　出處：《湖南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)以其承載力高、抗震性能優(yōu)越、延性好等諸多優(yōu)良的性能,在高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)及工業(yè)廠房中被廣泛地采用。在實(shí)際工程施工過(guò)程中,由于鋼管內(nèi)部橫隔板、水化熱、混凝土的收縮徐變等各方面的影響,都可能使鋼管內(nèi)壁與混凝土粘結(jié)界面出現(xiàn)界面剝離損傷,從而影響鋼管與混凝土共同協(xié)作能力,進(jìn)而降低鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的承載力與變形能力等性能,對(duì)其粘結(jié)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)十分具有實(shí)際意義。然而,鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)界面剝離損傷不易察覺(jué),傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)手段無(wú)法有效適用,使得檢測(cè)十分棘手。本文在前人對(duì)基于壓電智能材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與研究的背景下,進(jìn)一步研究基于波動(dòng)分析法的鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)界面剝離損傷監(jiān)測(cè)的方法,在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)一組分離式界面剝離損傷構(gòu)件,并對(duì)其損傷進(jìn)行識(shí)別,最后將實(shí)驗(yàn)室比例模型試驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了工程應(yīng)用。具體工作如下:(1)詳細(xì)地介紹了用于鋼管混凝土構(gòu)件界面剝離缺陷檢測(cè)的壓電功能元的制作與封裝流程,對(duì)壓電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能測(cè)試,并對(duì)壓電功能元進(jìn)行了標(biāo)定。結(jié)果表明:該健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能,標(biāo)定后的壓電功能元為后續(xù)的試驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。(2)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)并制作了一組分離式界面剝離損傷鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu),將嵌入式壓電功能元與外貼式壓電陶瓷片安裝在設(shè)計(jì)位置,共同組成健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的換能器對(duì),利用波動(dòng)分析法對(duì)預(yù)設(shè)的不同厚度與不同大的界面剝離類型損傷進(jìn)行了識(shí)別。對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行了基于正弦信號(hào)的頻域幅值、基于穩(wěn)態(tài)正弦掃頻信號(hào)的小波包能量及其能量譜、基于脈沖信號(hào)的傳遞函數(shù)研究,并提出了基于特征參量的損傷指標(biāo)。結(jié)果表明:所采用的方法可以有效地識(shí)別出兩種類型的損傷,證明了基于壓電陶瓷的波動(dòng)分析法對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件界面剝離損傷識(shí)別方法可行而且有效。(3)基于穩(wěn)態(tài)正弦掃頻信號(hào)的小波包能量及其能量譜損傷判定方法,利用波動(dòng)分析法對(duì)一實(shí)際超高層建筑進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)足尺比例的鋼管混凝土框架柱界面性能監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明:該柱的小波包能量穩(wěn)定,其能量離差系數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi);其小波包能量譜差異值也較小,表明該鋼管混凝土框架柱未出現(xiàn)明顯的剝離損傷。
[Abstract]:Concrete-filled steel tube (CFST) composite structures are widely used in high-rise and super-high-rise building structures, bridge structures and industrial buildings because of their high bearing capacity, excellent seismic performance, good ductility and so on. Due to the influence of internal transverse partition, heat of hydration and shrinkage and creep of concrete, the interface between the inner wall of steel tube and the bond between concrete and steel tube may be stripped, thus affecting the cooperative ability of steel tube and concrete. So it is very meaningful to monitor the bond condition of CFST composite structure, but it is not easy to detect the damage at the interface of CFST composite structure. Traditional nondestructive testing methods can not be used effectively, which makes the detection very difficult. In this paper, based on piezoelectric smart material structure health monitoring and research background, This paper further studies the damage monitoring method of CFST composite structure interface based on wave analysis, designs a set of separated interface peeling damage components in laboratory, and identifies the damage of CFST composite structure. Finally, based on the experimental results of laboratory proportional model test, the engineering application is carried out. The specific work is as follows: 1) the fabrication and encapsulation process of piezoelectric functional units used for the inspection of interface stripping defects of concrete filled steel tube members are introduced in detail. The dynamic and static performance of the piezoelectric monitoring system is tested, and the piezoelectric functional unit is calibrated. The results show that the health monitoring system has good dynamic and static performance. The calibrated piezoelectric functional element lays the foundation for further experimental research. A set of separated interface debonded steel tubular concrete filled steel tube composite structures are designed and fabricated in laboratory. The embedded piezoelectric functional unit and the externally mounted piezoelectric ceramic chip are installed in the design position to form the transducer pair of the health monitoring system. The damage of different thickness and large interface is identified by wave analysis. The output signal is based on the frequency domain amplitude of sinusoidal signal, the wavelet packet energy and its energy spectrum of steady-state sinusoidal sweep frequency signal. Based on the transfer function of pulse signal, the damage index based on characteristic parameters is proposed. The results show that the proposed method can effectively identify two types of damage. It is proved that the wave analysis method based on piezoelectric ceramics is feasible and effective to identify the damage of concrete filled steel tube (CFST) interface. The wavelet packet energy and energy spectrum damage determination method based on steady-state sinusoidal sweep signal is proved. The interface performance of concrete filled steel tube (CFST) frame column in a practical super high-rise building is monitored by wave analysis method. The results show that the wavelet packet energy of the column is stable and the energy deviation coefficient is within the prescribed range. The difference of wavelet packet energy spectrum is also small, which indicates that there is no obvious delamination damage in the CFST frame column.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU398.9;TU317

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本文編號(hào)：1693313