基于外貼壓電陶瓷的鋼管混凝土內(nèi)部缺陷檢測方法研究

發(fā)布時間：2020-04-06 02:48

【摘要】：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是一種能夠有效利用混凝土與鋼管的協(xié)同作用而使其力學(xué)性能顯著提高的組合結(jié)構(gòu),在超高層建筑結(jié)構(gòu)中作為豎向或軸向受力構(gòu)件被廣泛使用。由于鋼管混凝土構(gòu)件在施工過程中振搗不充分,施工后混凝土的收縮徐變等原因,易造成核心混凝土出現(xiàn)空洞以及其與鋼管璧之間的界面剝離,從而弱化了構(gòu)件的力學(xué)性能。因此,采取有效的檢測手段對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷進行識別是保證其結(jié)構(gòu)安全性的迫切需要。本文進行了基于外貼壓電陶瓷片的鋼管混凝土內(nèi)部缺陷檢測方法的試驗研究和數(shù)值模擬分析,研究的主要內(nèi)容包含如下:1.在對壓電材料用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的相關(guān)研究進行總結(jié)的基礎(chǔ)上,介紹了嵌入式和表面外貼壓電陶瓷片檢測鋼管混凝土內(nèi)部缺陷的原理和方法。介紹了外貼式壓電陶瓷片的制作、黏貼方法以及實驗的檢測裝置。2.設(shè)計并制作了1個長寬高400×400×1000mm3鋼管混凝土柱并在其內(nèi)鋼管璧局部設(shè)置界面剝離缺陷,研究基于表面波的同側(cè)布置外貼壓電陶瓷檢測界面剝離的原理,研究了通過表面等間距布置壓電陶瓷片以此確定界面剝離具體位置的方法可行。同時又建立了一組尺寸為400×400×10mm3并帶有不同界面剝離缺陷的鋼管混凝土柱截面試件,研究了令一種測量方法,即壓電陶瓷傳感器位于壓電陶瓷驅(qū)動器的對立面。研究基于體波對側(cè)布置外貼壓電陶瓷檢測界面剝離的有效性。3.針對核心混凝土空洞缺陷檢測,設(shè)計并制作了另一組帶有核心混凝土空洞缺陷的400×400×10mm3鋼管混凝土柱截面試件。對外貼壓電陶瓷驅(qū)動器與對側(cè)表面安裝的壓電陶瓷傳感器進行了測量,研究了混凝土核心空洞缺陷的影響,結(jié)果表明,表面安裝的壓電陶瓷測量信號受混凝土核心空洞缺陷的影響,證明了基于體波對側(cè)布置外貼壓電陶瓷檢測核心混凝土空洞缺陷的有效性。4.為了研究表面安裝壓電陶瓷貼片的鋼管混凝土構(gòu)件缺陷檢測機理,進行了數(shù)值模擬,研究了界面缺陷缺陷和核心混凝土空洞缺陷對壓電陶瓷傳感器測量信號的影響�？紤]到壓電陶瓷傳感器的壓電效應(yīng)和壓電陶瓷驅(qū)動器的逆壓電效應(yīng)以及它們與鋼管混凝土的耦合效應(yīng),建立了二維多物理場耦合有限元模型。分別用數(shù)值方法研究了正弦信號激勵和掃頻信號激勵下,不同缺陷試樣對應(yīng)的壓電陶瓷傳感器輸出電壓信號幅值的變化。同時,分析了點荷載作用下不同缺陷的二維鋼管混凝土構(gòu)件應(yīng)力波場的差異,論證了缺陷對應(yīng)力波場的影響。5.對一施工中的工程項目中塔樓的外框架鋼管混凝土柱進行了混凝土澆筑質(zhì)量的檢測,通過傳感器終端信號分析計算得到相應(yīng)缺陷評價指標(biāo)DI,結(jié)果表明:構(gòu)件的缺陷評價指標(biāo)DI處于合理范圍,可判斷該工程項目塔樓外框架鋼管混凝土柱在檢測范圍內(nèi)的橫隔板附近核心混凝土澆筑質(zhì)量良好。根據(jù)實驗和數(shù)值模擬結(jié)果,表面安裝的壓電陶瓷傳感器可以檢測鋼管混凝土構(gòu)件內(nèi)部缺陷的存在,為鋼管混凝土構(gòu)件的缺陷檢測提供了一種簡便的方法。
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