本文選題：鋼管混凝土剖柱 + 壓電陶瓷　； 參考：《湖南大學》2015年碩士論文

【摘要】：鋼管混凝土結(jié)構憑借其力學性能優(yōu)越、施工速度快,耗材少等優(yōu)點在超高層及大跨度橋梁結(jié)構中應用日益廣泛。鋼管與其核心混凝土界面的有效約束是構件發(fā)揮其力學性能優(yōu)勢的關鍵,鋼管內(nèi)壁與核心混凝土的界面剝離將消弱約束效應進而對構件的承載力和延性等力學性能帶來負面的影響。因此,對鋼管內(nèi)壁與核心混凝土的界面粘結(jié)狀況進行損傷監(jiān)測和評估顯得尤為重要。但是,由于界面剝離損傷的不可見性,我國目前超聲波檢測混凝土質(zhì)量缺陷規(guī)程中沒有針對界面剝離提出相應的檢測方法。為排除應力波的直接沿著鋼管外壁傳播的干擾,本文設計了鋼管混凝土剖柱,并提出了一種基于壓電陶瓷波動分析法的鋼管混凝土剖柱的界面剝離損傷監(jiān)測方法,并且將該方法應用于鋼管混凝土圓柱構件的性能檢測。其具體工作包括以下幾個方面:(1)針對壓電陶瓷的特性詳細介紹了壓電功能元的制作工藝,并對其進行靜態(tài)和動態(tài)性能的試驗研究及標定試驗。結(jié)果表明該試驗系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)響應特性,動態(tài)線性度好。(2)設計了一根帶界面剝離損傷的鋼管凝土剖柱的構件模型,在模型中埋入嵌入式壓電功能元作為驅(qū)動器和傳感器。分析主動不同激勵信號下的測量信號,針對正弦信號、掃頻信號下的小波包能量等特征參量定義了相應的損傷指標。結(jié)果表明,提出基于壓電測量信號的損傷指標有效地識別了鋼管混凝土剖柱構件的界面剝離損傷。(3)提出了基于波動法的頻響函數(shù)損傷判定方法,通過力錘激勵產(chǎn)生脈沖信號,外貼的壓電功能元作為傳感器。通過對壓電陶瓷監(jiān)測的波動信號在合適的頻段上的頻響函數(shù)分析實現(xiàn)了鋼管混凝土剖柱構件的界面剝離損傷監(jiān)測。(4)在小波包分析和頻響函數(shù)分析的界面剝離損傷判定方法的基礎之上,利用波動法對帶自然界面剝離缺陷和人工模擬界面剝離的鋼管混凝土圓柱進行監(jiān)測,進一步驗證了基于壓電材料測量的鋼管混凝土結(jié)構界面剝離損傷的可行性和敏感性。
[Abstract]:Concrete-filled steel tube (CFST) structure has been widely used in super-tall and long-span bridge structures due to its advantages of superior mechanical properties, fast construction speed and less consumable materials. The effective constraint of the interface between the steel tube and its core concrete is the key to give full play to the advantages of the mechanical properties of the members. The interface exfoliation between the inner wall of steel tube and the core concrete will weaken the constraint effect and bring negative influence on the mechanical properties such as the bearing capacity and ductility of the members. Therefore, it is very important to monitor and evaluate the interfacial bond between the inner wall of steel tube and the core concrete. However, due to the invisibility of the interface debonding damage, there is no corresponding detection method for the interface stripping in the ultrasonic inspection rules for concrete quality defects in China. In order to eliminate the interference of the stress wave propagating directly along the outer wall of the steel tube, this paper designs a concrete filled steel tube column, and proposes a method to monitor the damage of the interface stripping of the steel tube concrete column based on the piezoelectric ceramic wave analysis method. The method is applied to test the performance of concrete-filled steel tubular members. The specific work includes the following aspects: 1) the fabrication process of piezoelectric functional unit is introduced in detail according to the characteristics of piezoelectric ceramics, and the static and dynamic properties of piezoelectric functional unit are tested and calibrated. The results show that the test system has good static and dynamic response characteristics, and the dynamic linearity is good. Embedded piezoelectric function elements are embedded in the model as actuators and sensors. The measurement signals under different active excitation signals are analyzed and the corresponding damage indexes are defined for the characteristic parameters such as wavelet packet energy under sinusoidal signals and sweep signals. The results show that the damage index based on piezoelectric measurement signal can effectively identify the interface debonding damage of concrete filled steel tube (CFST) members. A frequency response function damage determination method based on wave method is proposed. The pulse signal is generated by force hammer excitation. An external piezoelectric functional element is used as a sensor. By analyzing the frequency response function of the wave signal of piezoelectric ceramic monitoring in the appropriate frequency band, the interface stripping damage monitoring of concrete-filled steel tubular members is realized. 4) the interface stripping damage in wavelet packet analysis and frequency response function analysis is realized. Based on the decision method, The wave method is used to monitor the concrete filled steel tube (CFST) columns with natural interface debonding defects and artificial interface debonding, which further verifies the feasibility and sensitivity of the interface debonding damage of CFST structures based on piezoelectric material measurement.
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU398.9;TU317

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本文編號：2035029