【摘要】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前最為廣泛使用的建筑結(jié)構(gòu)形式,由于混凝土具有耐久性,當(dāng)其經(jīng)歷了一定的使用壽命后亟需對其進(jìn)行安全性評估。隨著結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測手段的日益增多,以波動(dòng)法為基礎(chǔ)的無損檢測方法因其便利性和可操作性而被廣泛使用。其原理是通過應(yīng)力波在介質(zhì)中的傳播特性可以反映材料內(nèi)部性質(zhì)的變化。本文以此為出發(fā)點(diǎn),深入探討了應(yīng)力波在水泥基材料中的傳播特性,并以壓電智能骨料(SA)為主要傳感器系統(tǒng)研究了混凝土中的孔隙率、滲水高度、裂縫狀況、應(yīng)力水平、溫度等監(jiān)測因素對應(yīng)力波在混凝土中傳播規(guī)律的影響,該研究為壓電傳感器在混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下:揭示了應(yīng)力波在均勻介質(zhì)、非均勻介質(zhì)中的傳播特性。針對含有初始缺陷的混凝土多相材料,探討了應(yīng)力波在不同材質(zhì)界面處的傳播規(guī)律。建立了壓電智能骨料和混凝土細(xì)觀有限元模型,對應(yīng)力波在混凝土中的傳播進(jìn)行了數(shù)值仿真。系統(tǒng)研究了粗骨料的彈性模量和面積率對應(yīng)力波的傳播影響。結(jié)果表明:應(yīng)力波在兩種介質(zhì)的界面處會(huì)發(fā)生反射和折射,反射波和折射波的幅值與頻率無關(guān),僅取決于入射波的幅值、入射角以及材料的泊松比;隨著骨料彈性模量的提高,應(yīng)力波幅值單調(diào)降低而波速單調(diào)升高,且應(yīng)力波幅值和波速均隨著激勵(lì)頻率的升高而降低;隨著骨料面積率的增加,應(yīng)力波波速增加。開展了孔隙率對應(yīng)力波傳播的影響研究。澆筑了三種不同孔隙率的水泥凈漿試塊。利用建立一種壓電傳感器監(jiān)測平臺,對水泥漿體的孔隙率與應(yīng)力波的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)研究。同時(shí),利用X射線計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(CT掃描)得到了試件內(nèi)部的實(shí)際孔隙結(jié)構(gòu)和分布,建立了水泥漿體試件的三維模型,數(shù)值仿真了應(yīng)力波在三種孔隙試件模型中的傳播。利用建立的三維模型可以較真實(shí)地反映應(yīng)力波在水泥基材料中的傳播規(guī)律。同時(shí)也為水泥基材料孔隙率的測試提供了一種新思路。研究了混凝土內(nèi)部濕度對應(yīng)力波傳播的影響。設(shè)計(jì)了埋有壓電智能骨料的素混凝土短柱,通過將其處于不同的滲水環(huán)境中開展了滲水高度對應(yīng)力波特征參數(shù)的影響研究。研究結(jié)果驗(yàn)證了將P波幅值以及等效P波波速作為反映混凝土滲水狀態(tài)參數(shù)的可行性。應(yīng)力波傳播時(shí)間的確定方法對結(jié)果的精確性至關(guān)重要,在實(shí)際結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程中選取應(yīng)力波總傳播時(shí)間的確定方法時(shí),需要綜合考慮工程現(xiàn)場的環(huán)境噪聲情況和精度需求等方面進(jìn)行合理選擇。該研究為利用壓電智能骨料進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部濕度監(jiān)測提供了一種新思路。探討了裂縫對應(yīng)力波傳播的影響規(guī)律。提出了一種混凝土結(jié)構(gòu)損傷分布監(jiān)測方法,通過對縮尺鋼筋混凝土梁進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測驗(yàn)證了其有效性。結(jié)果表明,在有效的監(jiān)測系統(tǒng)中,應(yīng)力波傳播時(shí)間差(TTD)和幅值比等應(yīng)力波特征參數(shù)可以用來揭示混凝土結(jié)構(gòu)的損傷分布。該方法對于已建成的實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的裂縫分布監(jiān)測具有很大的工程應(yīng)用前景�；谠摫O(jiān)測系統(tǒng),利用數(shù)字圖像相關(guān)法(DIC)和線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)相結(jié)合的方法創(chuàng)新性地探索了裂縫寬度對應(yīng)力波傳播路徑的影響。開展了考慮溫度效應(yīng)的荷載應(yīng)力對應(yīng)力波波譜特征的影響研究,探究了應(yīng)力對壓電智能骨料本身及埋置在混凝土內(nèi)部后的監(jiān)測系統(tǒng)的影響,進(jìn)行了軸向應(yīng)力對基于SA的監(jiān)測系統(tǒng)對混凝土柱硬化和成熟全過程監(jiān)測的影響,考慮溫度效應(yīng)的影響,對軸向應(yīng)力對基于SA的監(jiān)測系統(tǒng)對成熟期混凝土的監(jiān)測的影響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,在混凝土彈性范圍內(nèi),應(yīng)力波在混凝土中傳播的波速隨著應(yīng)力的發(fā)展呈現(xiàn)出很好的線性規(guī)律。該研究為混凝土彈性范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力監(jiān)測預(yù)示了一種新途徑。當(dāng)溫度差異不大時(shí),環(huán)境溫度對應(yīng)力波在混凝土中傳播波速的影響可以忽略。
【圖文】：

圖 1-1 研究內(nèi)容框圖與技術(shù)方案Fig.1-1 Research content and technical scheme（5）應(yīng)力波在混凝土中傳播后的波譜特性與混凝土的彈性模量，泊松比和密度等材料性質(zhì)密切相關(guān)。由于混凝土的非均質(zhì)性，當(dāng)其處于應(yīng)力狀態(tài)下，

圖 2-1 無窮小應(yīng)力單元Fig.2-1 Stressed infinitesimal element坦求和約定，以 xj和基向量 ij（j=1，2，，3）來性材料，運(yùn)用胡克定律和線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，程[96]：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU317

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李冰;許斌;;鋼管混凝土構(gòu)件鋼管與混凝土界面剝離損傷識別的試驗(yàn)研究[J];建筑科學(xué);2013年03期

2 許斌;李冰;宋剛兵;滕軍;令狐延;;基于壓電陶瓷的鋼管混凝土柱剝離損傷識別研究[J];土木工程學(xué)報(bào);2012年07期

3 閻石;梁麗娉;王秋婧;蒙彥宇;趙乃志;;埋入式壓電陶瓷傳感器力學(xué)模型及試驗(yàn)驗(yàn)證[J];沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年01期

4 朱宏平;余t

本文編號：2661717