基于压电陶瓷表面波测量的钢管砼界面剥离检测机理模拟研究

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1、学校代号10532学号S150100010分类号TU398密级公开硕士学位论文基于压电陶瓷表面波测量的钢管砼界面剥离检测机理模拟研究学位申请人姓名陈潜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健康监测论文提交日期2018年5月28日学校代号：10532学号：S150100010密级：公开湖南大学硕士学位论文基于压电陶瓷表面波测量的钢管砼界面剥离检测机理模拟研究学位申请人姓名：陈潜导师姓名及职称：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：2018年5月28日论文答辩日期：20

2、18年5月31日答辩委员会主席：李正农教授SimulationStudyonMechanismofInterfaceDebondingDefectsDetectioninConcrete-filledSteelTubularUsingSurfaceWavewithpiezoelectricceramicsbyCHENQianB.E.(HarbinEngineeringUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedeg

3、reeofMasterofEngineeringinCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorXUBinMay,2018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

4、：日期：年月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1、保密□，在年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I基于压电陶瓷表面波测量的钢管砼界面剥离检测机理模拟研究摘要钢管混凝土结构以其优越的力

5、学性能常作为竖向承力构件用于高层及超高层建筑以及大跨度桥梁中。然而由于钢管混凝土结构浇筑过程中的水化热不均、混凝土后期的收缩徐变以及施工管理不善等原因，钢管混凝土结构在钢管壁与混凝土的界面处常会出现剥离缺陷，这种界面缺陷的存在削弱了混凝土和钢管的协同作用，降低了结构的承载力。因此，对钢管混凝土结构进行损伤检测研究具有重大意义。为了对钢管混凝土结构进行损伤检测，本文采用数值模拟研究的方法，通过在钢管混凝土结构表面同侧粘贴压电陶瓷片激发表面应力波，基于表面波的测量与分析实现钢管混凝土结构界面剥离识别，并与试验结果进行验证，结

6、果发现与试验结果吻合良好。本文的主要工作包含以下内容：(1)介绍基于压电材料的结构损伤识别的研究进展，特别是压电陶瓷材料在钢管混凝土等钢-混凝土组合结构健康监测中的应用进行总结，介绍了其基本原理简要分析。(2)提出基于表面波测量的钢管混凝土界面剥离缺陷检测方法，介绍了基本原理。探讨了选定检测激励信号并用合适的窗函数对激励信号进行加窗处理的方法。(3)考虑压电效应以及压电陶瓷与钢管混凝土结构的机电耦合效应，运用有限元分析软件ANSYS建立钢管混凝土结构缺陷检测分析模型，对钢管混凝土结构在表面同侧粘贴压电陶瓷片下的驱动和传感

7、进行模拟分析，探究导波在钢管混凝土结构中的基本传播原理。定义界面损伤指标，实现对钢管混凝土结构界面剥离缺陷的识别以及缺陷大小的判断。(4)将钢管混凝土结构缺陷检测模拟分析的结果与试验结果进行对比验证，验证了基于表面波测量的钢管混凝土结构界面缺陷检测方法的有效性。关键词：钢管混凝土结构；模拟研究；表面波；压电陶瓷；有限元法；界面剥离缺陷；表面同侧粘贴II硕士学位论文AbstractConcrete-filledsteeltubular(CFST)structuresareoftenusedasverticalload-be

8、aringcomponentsinhigh-risebuildingsandinlong-spanbridgesbecauseoftheirsuperiormechanicalproperties.However,duetotheunevenhydrationheatduringthepouringprocess,s