CFRP加固混凝土结构剥离损伤识别试验研究

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报Vol_28No.32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep.2011CFRP加固混凝土结构剥离损伤识别试验研究阎石,马禄哲(沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168)摘要:碳纤维增强复合材料(CFRP)由于强度高、重量轻、适应面广等特点,成为土木工程修复和加固工程中引人注目的替代材料。剥离破坏是CFRP加固结构时常见的破坏方式,一旦发生剥离破坏,将达不到预期的加固效果,不仅造成材料浪费,而且被加固结构也存在安

2、全隐患。可以采用无损检测(NDT)的方法对剥离损伤进行识别。利用压电陶瓷对CFRP加固的混凝土柱的剥离损伤进行试验研究,以确定损伤的位置和程度。将一组压电陶瓷(如镐钛酸铅,简称PZT)预埋在小体积混凝土中,制成“智能骨料”,并将其预埋在混凝土柱内的指定位置。柱表面进行CFRP加固处理,在指定位置设置人工模拟剥离损伤。将另一组PZT片粘贴在具有人工剥离损伤处的表面。利用扫频波对具有预先设定剥离区域的CFRP加固混凝土试件进行试验,其中三个预埋的“智能骨料”作为作动器,表面粘贴的PZT作为传感器。对接收到的

3、检测信号,利用傅里叶频谱分析与定义的两个基于小波包分析的损伤指标进行计算,不但成功检测到模拟的剥离区域,而且可以看出损伤指标对试件剥离损伤程度具有足够的灵敏度。’关键词:碳纤维增强材料(CFRP);剥离损伤;损伤识别;压电陶瓷智能骨料;损伤指数;小波包分析中图分类号:TM282;TU599;TU375文献标识码:A文章编号:2095-0985(2011)03-0069-06采用碳纤维增强材料(CFRP)加固混凝土结基于小波包分析的损伤指标进行计算,不但成功构是一种新型、简便、高效的加固、修复和改造技的检

4、测到模拟的剥离区域,而且可以看出损伤指术。它是将具有高抗拉强度、高弹性模量的碳纤标对试件剥离损伤程度具有足够的灵敏度I6]。维材料利用高性能环氧树脂类粘结胶粘贴在混凝土结构表面,使碳纤维材料与原混凝土结构形成1基本原理整体,从而增强混凝土结构的承载能力⋯。所以保证CFRP和混凝土结构表面有可靠的粘结显得1.1波动法原理尤为重要。剥离破坏是CFRP加固混凝土结构最目前,国内外关于应用压电陶瓷智能材料对常见的破坏方式之一,一旦发生剥离破坏,CFRP结构进行健康监测的方法主要包括波动法和阻抗强度得不到充分发挥

5、,达不到预期的加固效果,不法。本文采用波动法利用PZT对CFRP加固混凝仅造成材料浪费,而且被加固构件也存在安全隐土结构剥离损伤识别进行试验研究。首先,将一患。为此,可以采用无损检测(NDT)的方法对剥定规格的PZT片预埋在小体积混凝土中制作成离损伤进行识别J。智能骨料(SA),在浇筑试验试件时,再将SA埋置近年来,随着对压电陶瓷智能材料研究的不在混凝土试件的指定位置,利用PZT的逆压电效断深入,其在土木工程中的应用日趋广泛,尤其在应将sA作为驱动器产生激励波。另一组PZT片结构损伤识别和健康检测技术中

6、的应用已经取得粘贴在具有人工剥离损伤处的CFRP表面,当应丰硕成果J。本文将利用PZT对CFRP加固的混力波由混凝土内部传播到CFRP的外表面时,利凝土柱的剥离损伤进行试验研究,以确定损伤的用PZT片的正压电效应,作为传感器接收到信位置和程度。利用扫频波对具有预先设定剥离区号。激励信号从混凝土内部向粘贴在外部的域的CFRP加固混凝土试件进行试验,对接收到CFRP传播,当经过剥离区域时,由于应力波的反的检测信号,利用傅里叶频谱分析与定义的两个射、散射、衍射等影响,波的能量衰减将会加剧,而收稿日期:2011

7、-07-25作者简介:阎石(1962一),男,辽宁建昌人,教授,博导,研究方向为智能材料与智能结构(Email:syan1962@163.eOll1)基金项目:住房与城乡建设部科学技术项目(2008一K4-39);辽宁省高校重点实验室支持计划(2008S189);辽宁省重点实验室开放基金项目(JG-200908)·70。土木工程与管理学报2011年且剥离损伤越严重,衰减就会越明显。到一个表征损伤程度,并且可以进行跟踪监测的1.2小波包分析损伤指数()。小波包理论是在小波理论的基础上发展起来的,它弥补了信

8、号在小波分解过程中对各分解尺DI(k)=,(i=1,2,⋯,/、r)度获得的高频分量不再进行分解,而在下一尺度的小波分解中只对低频分量进行小波变换所带来的分析信号高频部分频率分辨差,而低频分量信(7)号却存在时问分辨不足的问题。研究表明把信号这里e代表健康区域内PZT片接收到的信号经能量作为结构损伤特征量是可行的]。基于Ⅳ层小波包分解后每个频带的能量。事实上,可此,采用小波包技术分析可以比较准确地获得缺以根据具体情况将检测区域内最不容易发生

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