【摘要】：混凝土材料是建筑工程中的主要材料之一,廣泛應用于隧道、樓房以及橋梁等基礎設施,該材料在使用過程中的安全性和耐久性問題日漸凸顯,所以對混凝土結(jié)構(gòu)進行實時在線的健康監(jiān)測具有重要意義。近年來,智能材料的迅速發(fā)展為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)提供了一種新途徑,其中壓電陶瓷憑借其特有的傳感與驅(qū)動一體化,以及在傳感方面具有的頻響范圍寬、響應快、成本低廉等特點,得到了廣泛的研究與應用。本文基于上述背景,在國家自然科學基金(No.51272090)的支持下,對基于壓電傳感器的混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測進行了研究。主要的研究工作如下：(1)針對混凝土結(jié)構(gòu)的特點,分別研發(fā)了適合于混凝土健康監(jiān)測的埋入式機電阻抗傳感器以及超聲波傳感器。以PZT-5壓電陶瓷為傳感元件,制備機電阻抗傳感器；研究結(jié)果表明,以1：1：0.25的水泥、環(huán)氧樹脂和固化劑的混合物為防水層的機電阻抗傳感器具有優(yōu)良的防水效果,通過對耦合于混凝土結(jié)構(gòu)的機電阻抗傳感器的電阻／抗變化分析,可以實現(xiàn)對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的監(jiān)測。分別以PZT-5壓電陶瓷、1-3型壓電復合材料為傳感元件,制備接收型超聲傳感器,以PZT-4為發(fā)射元件,制備發(fā)射型超聲傳感器；性能測試結(jié)果表明,制備的接收型超聲傳感器,具有諧振峰單一,諧振頻率低,與混凝土有良好相容性,接收性能好等優(yōu)良特性,通過對不同銹蝕率下的接收波變化分析,可以實現(xiàn)對鋼筋銹蝕的監(jiān)測。(2)以機電阻抗技術(shù)為理論背景,對不同銹蝕率下機電阻抗傳感器監(jiān)測所得的電阻／抗頻譜曲線進行了研究。研究結(jié)果表明,以具有較高機電耦合系數(shù)的PZT-5壓電陶瓷為傳感元件制備的機電阻抗傳感器更適合于鋼筋銹蝕監(jiān)測；鋼筋銹蝕后,電阻／抗頻譜曲線漂移,隨著銹蝕率增大,電阻／抗峰值對應頻率左移,即變小,電阻／抗峰值增大；不同銹蝕率下的電阻／抗差值頻譜曲線中,差值隨銹蝕率增大而增大；同時結(jié)合損傷指標值,對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕情況做了定量評估,本文中選取的兩個損傷指數(shù)RMSD、 MAPD均能定量的表征混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕情況,對比基于電抗計算所得的損傷指標,基于電阻計算所得的損傷指標值較大,說明其對鋼筋銹蝕更敏感；基于電阻計算所得的RMSD值在100～150 kHz表現(xiàn)出良好的規(guī)律性,MAPD值在150～200 kHz表現(xiàn)出良好的規(guī)律性,損傷指標值隨銹蝕率的增大而增大,能直觀的反映銹蝕程度的增加。(3)以超聲波測試技術(shù)為理論背景,對經(jīng)不同銹蝕率下混凝土結(jié)構(gòu)中傳播的接收波特征參數(shù)進行了研究。研究結(jié)果表明,相比于PZT-5接收型超聲傳感器,1-3型壓電復合材料接收型超聲傳感器更適合于監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕,具有主頻單一,主頻譜峰尖銳等優(yōu)點,有更好的分辨率；經(jīng)混凝土結(jié)構(gòu)中傳播的接收波形不規(guī)則,出現(xiàn)幾個連續(xù)波包；接收波波速、波幅、主頻幅值等波特征參數(shù)與鋼筋銹蝕率之間存在明顯的相關性,當鋼筋銹蝕率為0%～2%時,隨著銹蝕率的增大,接收波波速、波幅、主頻幅值迅速減小；銹蝕率為2%～6%時,雖然隨銹蝕率的增大而減小,但降低的幅度變��；銹蝕率大于6%后,基本不發(fā)生變化；接收波主頻亦隨銹蝕率的增大而減小,但對初期銹蝕不敏感；波速、波幅、主頻幅值能很好的表征混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕情況。通過計算由超聲波聲速構(gòu)筑的損傷變量發(fā)現(xiàn),損傷度與鋼筋銹蝕率之間呈現(xiàn)良好的線性關系。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU375;TU317

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