基于压电陶瓷的钢管混凝土剖柱的损伤监测研究

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1、学校代号10532学号S12011067分类号TU398.9密级公开硕士学位论文基于压电陶瓷的钢管混凝土剖柱的损伤监测研究学位申请人姓名蔡萍培养单位土木工程学院导师姓名及职称许斌教授学科专业土木工程研究方向结构损伤评估论文提交日期2015年5月25日硕士学位论文学校代号：10532学号：S12011067密级：公开湖南大学硕士学位论文基于压电陶瓷的钢管混凝土剖柱的损伤监测研究学位申请人姓名：蔡萍导师姓名及职称：许斌教授培养单位：土木工程学院专业名称：土木工程论文提交日期：2015年5月25日论文答辩日期：2015

2、年5月28日答辩委员会主席：汪梦甫教授Damagemonitoringusingpiezoceramicsforahalfcross-sectioncolumnofconcrete-filledsteeltubularsbyCAIPingB.E.(HunanUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinCivilEngineeringintheGradu

3、ateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorXUBinMay,20152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。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或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Ｗ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：系＾日期：地年ｔ巧＾日学位论文版权使用授权书本学位论文作

4、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留并向国家有关部口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Ｗ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１。．保密□，在＿年解密后适用本授权书２．不保密囚。请在＂＂（Ｗ上相应方框内打Ｖ）作者签名：日期祭：任年ｂ月日砰导师签名：＾終Ｖ曰期：年月日基于压电陶瓷的钢管混凝土剖柱的损伤监测研究摘要钢管混凝土结构凭借其

5、力学性能优越、施工速度快，耗材少等优点在超高层及大跨度桥梁结构中应用日益广泛。钢管与其核心混凝土界面的有效约束是构件发挥其力学性能优势的关键，钢管内壁与核心混凝土的界面剥离将消弱约束效应进而对构件的承载力和延性等力学性能带来负面的影响。因此，对钢管内壁与核心混凝土的界面粘结状况进行损伤监测和评估显得尤为重要。但是，由于界面剥离损伤的不可见性，我国目前超声波检测混凝土质量缺陷规程中没有针对界面剥离提出相应的检测方法。为排除应力波的直接沿着钢管外壁传播的干扰，本文设计了钢管混凝土剖柱，并提出了一种基于压电陶瓷波动分析

6、法的钢管混凝土剖柱的界面剥离损伤监测方法，并且将该方法应用于钢管混凝土圆柱构件的性能检测。其具体工作包括以下几个方面:(1)针对压电陶瓷的特性详细介绍了压电功能元的制作工艺，并对其进行静态和动态性能的试验研究及标定试验。结果表明该试验系统具有良好的静态和动态响应特性，动态线性度好。(2)设计了一根带界面剥离损伤的钢管凝土剖柱的构件模型，在模型中埋入嵌入式压电功能元作为驱动器和传感器。分析主动不同激励信号下的测量信号，针对正弦信号、扫频信号下的小波包能量等特征参量定义了相应的损伤指标。结果表明，提出基于压电测量信号

7、的损伤指标有效地识别了钢管混凝土剖柱构件的界面剥离损伤。(3)提出了基于波动法的频响函数损伤判定方法，通过力锤激励产生脉冲信号，外贴的压电功能元作为传感器。通过对压电陶瓷监测的波动信号在合适的频段上的频响函数分析实现了钢管混凝土剖柱构件的界面剥离损伤监测。(4)在小波包分析和频响函数分析的界面剥离损伤判定方法的基础之上，利用波动法对带自然界面剥离缺陷和人工模拟界面剥离的钢管混凝土圆柱进行监测，进一步验证了基于压电材料测量的钢管混凝土结构界面剥离损伤的可行性和敏感性。关键词：钢管混凝土剖柱；压电陶瓷；界面剥离损伤；

8、波动分析法；小波包分析；频响函数II硕士学位论文AbstractTheconcrete-filledsteeltubulars(CFSTs)havebeenwidelyemployedinsuperhigh-risedbuildingandlong-spanbridgesduetoimprovedstructuralperformance,high-speedconstr