钢管混凝土密实性的非线性振动识别研究

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1、钢管混凝土密实性的非线性振动识别研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：曹平指导教师：曹晖教授专业：结构工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月Non-linearvibrationbasedstudyoncompactnessidentificationofCFSTAThesisSubmittedtoChongqingUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByCaoPin

2、gSupervisedbyProf.CaoHuiSpecialty:CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015摘要近些年，随着建、构筑物逐渐向跨度更大、高度更高的结构形式转变，钢管混凝土得到了广泛的运用。虽然钢管混凝土性能优良，但在应用的过程中还是发现了很多问题，其中就包括钢管混凝土的脱粘缺陷。脱粘的存在严重影响了钢管混凝土的力学和变形性能，传统的各种检测钢管混凝土缺陷的方法都有其

3、优缺点，但大部分方法都针对脱空缺陷，对脱粘缺陷无能为力。本文作者把钢管壁和内部混凝土之间的接触非线性作为切入点，将结构的非线性振动特性运用于钢管混凝土脱粘检测。大部分的接触非线性都是由于摩擦引起的，在被测试构件的振动过程中，钢管壁和内部混凝土在交界面反复摩擦，摩擦导致了能量耗损，所以构件的瞬时频率会随着振幅的变化而变化。若钢管混凝土无脱粘或者脱粘面积很小，在振动的过程中钢管壁和内部混凝土之间的摩擦就比较大，所以构件的非线性特性就很明显，反之则不明显。作者首先对实验室钢管混凝土短柱进行了动测实验，探索了短柱的非

4、线性振动规律，然后对工程实际钢管混凝土柱进行了试验，分析了钢管混凝土柱的动测信号，证实了把非线性振动特性运用于实际工程中的钢管混凝土结构脱粘检测的可行性。本文的主要工作和结论如下：①讨论了钢管混凝土存在脱粘脱空缺陷的原因以及这种缺陷所导致的力学性能改变，简要介绍了脱粘脱空缺陷检测的各种方法以及脱粘脱空缺陷的预防和补救措施。②讨论了各种信号处理方法的优点和缺点，着重讨论Hilbert变换和滤波技术。针对本文信号的特点，利用滤波技术和Hilbert变换对信号进行处理。③进行了两个试验，分别是实验室CFST短柱试验

5、，工程实际CFST柱动测实验。并对两个试验的信号进行了滤波处理和希尔伯特变换，对得到的振幅-频率曲线进行分析。④动测试验分析结果如下：脱粘面积会影响基频的大小，但是其他因素也会导致基频差异，所以不能通过基频来判断脱粘程度；脱粘面积不同的钢管混凝土柱非线性程度不同，脱粘面积越大，构件的非线性越小；振幅-频率曲线的斜率随着振幅的改变而改变，即斜率随着振幅的增大而减小，直到为零。分析结果显示，利用构件的非线性振动特性识别实验室钢管混凝土短柱和工程实际钢管混凝土柱的脱粘是可行的。关键词：脱粘，滤波，钢管混凝土，Hil

6、bert变换，非线性ABSTRACTInrecentyears,CFSTiswidelyusedwiththedevelopmentofstructuresforms,thebuildingsbecomehigherandhigher,thespanalsobecomelongerandlonger.CFSThasalotofadvantages,buttherearealsosomedisadvantages,suchas:debonding.Debondinghasseriousinfluenceonth

7、emechanicalpropertiesanddeformationperformanceofthemembers.ThetypicaldetectionmethodsofCFSTareallaimedatvoidbutinvalidwithdebonding.TheauthorofthispaperusethecontactnonlinearityofCFSTtodetectthedamageofCFST.Contactnonlinearityisderivedfromfriction.Withthevi

8、brationofCFST,thefrictionofsteeltubeandconcretedissipatesenergy.SothefrequencyofCFSTischanged.Thefrictionwillbeseriouswhenthemembersareintact,thenthenonlinearityofmembersisobvious.Theauthorfirstlyuseth