基于压电阻抗的大型多腔不规则钢管砼柱缺陷检测研究

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1、学校代号：10532学号：S11011186密级：公开湖南大学硕士学位论文基于压电阻抗的大型多腔不钢管砼柱缺陷检测研究规则堂位申遣人姓名：陈茎琦导师姓名壁职称：许斌教援培养单位：土木工程学院专业名称：结构工程论文提交日期：2014年05月31日论文答辩日期：2014年06月03日筌趱委虽全圭廑!堑茎直塾握Studyondefectdetectionforalarge—scaleirregularmulti-cellconcrete·6lledsteeltubularwithelectro—mechanicalimpedanceofPZTbyCHENMengqiB．E．

2、(HunanUniVersity)2011AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthede铲eeofMasterofEngineering1nCiVilEngineeringintheGraduateSch001ofHunanUniVersitySuperVisOrProfessorXUBinMay'2014舢7舢1删8舢6㈣0舢6㈣2舢Y湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他

3、个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：1本弩爵日期：如f咿6月／乒日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密杉(请在以上相应方框内打“√”)日期：00脾

4、年易月／≯日日期0o化年石月／仁基于压电阻抗的大型多腔不规则钢管砼柱缺陷检测研究摘要伴随着我国经济建设的迅速发展和城市化进程的加快，超高层建筑的建设规模不断加大。因具有承载力高、抗震性能好等优点，钢管混凝土结构在超高层建筑中的应用日益广泛。并且钢管混凝土柱呈现出截面尺寸大型化和形状不规则化的特点。如果钢管混凝土构件内部存在缺陷，将会导致构件承载能力降低，进而引发工程事故。大型不规则钢管混凝土柱中钢管与核心混凝土的界面粘结状况，以及内部混凝土的密实程度成为普遍关心的问题。作为一种智能材料，压电陶瓷PzT具有敏感性强、体积小、寿命长和频率稳定性好的特点，在结构性能监测中既

5、可以作为驱动器，也可以作为传感器。本文主要介绍了利用基于压电陶瓷PZT的机电耦合阻抗测量技术在大型多腔不规则钢管混凝土柱上进行缺陷识别的具体应用。本文针对钢管混凝土柱中常见的界面剥离缺陷和柱芯空洞缺陷损伤进行了试验研究。同时运用大型有限元软件ABAOuS对压电阻抗法进行了有限元数值模拟研究。本文的研究内容如下：首先，对压电阻抗法的基本原理进行了介绍，同时对基于压电陶瓷PZT的嵌入式压电功能元的制作工艺进行了介绍。其次，对一大型多腔不规则钢管混凝土柱试件进行模拟界面剥离缺陷的检测试验研究。预先在试验柱钢管内壁和横隔板的下表面粘贴软质木板以模拟界面剥离缺陷，然后按照方案在

6、设定位置粘贴压电陶瓷片和预埋嵌入压电功能元，测量不同区域的压电传感器的压电阻抗。通过比较阻抗曲线图，获取初步分析结果。同时，采用基于阻抗测量均方根差值(RMSD)作为损伤指标，能够对人工模拟界面剥离缺陷进行有效评估。实现了属于隐蔽缺陷的界面剥离缺陷有效检测。然后，在大型多腔不规则钢管混凝土柱试件中进行模拟柱芯空洞缺陷检测的试验研究。采用硬质木盒模拟柱芯空洞缺陷，按照研究方案布置粘贴式压电陶瓷PZT片和嵌入式压电功能元。测量不同区域的压电传感器的压电阻抗，通过比较阻抗曲线图，获取初步分析结果。阻抗曲线图和RMSD计算结果都证明了采用压电阻抗测量识别大型多腔钢管混凝土柱柱

7、芯空洞缺陷的有效性。最后，本文利用大型有限元软件ABAQUS的结构动力稳态谐响应分析方法，对基于压电阻抗法的界面剥离缺陷检测进行了有限元数值模拟。通过结果的分析与比较，验证了应用压电阻抗法进行钢管混凝土缺陷检测的可行性和有效性。关键词：大型多腔不规则钢管混凝土柱；界面剥离缺陷；柱芯空洞缺陷；压电陶瓷PZT片；嵌入式压电功能元；压电阻抗法；RMSD；数值模拟；ABAQuS硕士学位论文AbstractAlongwiththerapiddeVelopmentofeconomicandtheacceleratedprocessofufbanization，t