基于封装式压电传感器的钢筋均匀锈蚀监测研究

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1、硕士学位论文基于封装式压电传感器的钢筋均匀锈蚀监测研究RESEARCHONSTEELUNIFORMCORROSIONMONITORINGBASEDONPIEZOELECTRICSENSOR周俊哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TU503学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文基于封装式压电传感器的钢筋均匀锈蚀监测研究硕士研究生：周俊导师：许颖副教授申请学位：工学硕士学科：结构工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU503U.D.C:624Disser

2、tationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSTEELUNIFORMCORROSIONMONITORINGBASEDONPIEZOELECTRICSENSORCandidate:ZhouJunSupervisor:AssociateProf.XuYingAcademicDegreeApplied：MasterDegreeinEngineeringSpeciality:StructuralEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:Decemb

3、er,2015Degree-Conferring-Institution:,201HarbinInstituteofTechnology5哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，伴随着结构健康监测技术的迅猛发展，压电传感器的使用得到了进一步的拓展。对于如何利用封装式压电传感器监测钢筋均匀锈蚀，目前国内外学者对此鲜有涉及。因此利用压电传感器监测建筑结构内部的钢筋锈蚀具有较大的工程意义。本文搭建了基于封装式压电传感器的钢筋均匀锈蚀监测系统，测试了封装式压电传感器工作性能，重点对利用封装式压电传感器监测钢筋锈蚀可测性进行了实验研究，并通过数值模拟对实验结果进行对比验证

4、，具体包括以下几方面的工作：自制封装式压电传感器，并对其屏蔽性能、外包水泥基对监测信号幅值的影响、水泥砂浆水化监测等进行研究，结果表明：封装屏蔽处理能有效屏蔽噪音，外包水泥基能使接收的不同频率信号幅值有较大衰减，封装式压电传感器在水泥砂浆水化过程中能保持其信号稳定性。从而说明该传感器能适用于钢筋均匀锈蚀监测。为了研究利用封装式压电传感器对钢筋均匀锈蚀监测的可测性，本文设计了钢筋均匀锈蚀监测系统，对三个钢筋水泥砂浆平行试件进行主动监测，并以信号相对幅值作为评价指标，筛选合适的监测信号频率，对相对幅值与钢筋锈蚀程度之间的内在关系进行了试验研究。试验结果表明：封装式压电

5、传感器对钢筋均匀锈蚀有着良好的可测性，相对幅值随钢筋锈蚀先增加再趋向稳定，两者具有一定的对应关系，因此利用相对幅值-锈蚀率曲线能判别钢筋锈蚀所处的状态及情况。利用ANSYS有限元软件对压电传感器监测钢筋均匀锈蚀进行数值模拟，对压电传感器施加正弦信号，发现随着钢筋锈蚀率的提高，钢筋与混凝土之间的粘结力逐渐退化，导致信号相对幅值逐渐增加。对比ANSYS分析与实验结果，可以看出实验测得的相对幅值-锈蚀率曲线与模拟得出的相对幅值-锈蚀率曲线都有相同的趋势，随着锈蚀率的逐渐提高而相对幅值随之增大。不同保护层厚度及不同水胶比等不同工况下都有着类似的变化规律，表明该结论具备普适

6、性。进而证明了封装式压电传感器用于钢筋均匀锈蚀监测的可行性。关键词：健康监测；封装式压电传感器；均匀锈蚀；实验研究；数值模拟；-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofstructuralhealthmonitoringtechnology,piezoelectricsensorshavebeenfurtherdeveloped.Howtousethepackagedpiezoelectricsensorstomonitorsteelcorrosion,thecurrentdo

7、mesticandforeignscholarshaverarelyinvolved.Therefore,thereareimportantsignificanceinactualprojecttomonitorreinforcementcorrosionbypiezoelectricsensors.Inthispaper,thereinforcementcorrosionmonitoringsystemwhichbasedonpackagedpiezoelectricsensorswasestablished,toresearchontheperformance

8、ofpac