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基于阻抗的混凝土结构损伤评估方法研究

作　者: 申耀国
导　师: 冯新
学　校: 大连理工大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 健康监测压电阻抗智能骨料模型试验
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着时代的发展,人们的安全意识逐步提高,对于重大的土木工程结构,如何监测其损伤状况,提前了解其健康状态,显得愈发重要。大坝,作为国民经济社会中的重要基础设施,在经济社会的发展过程中发挥了重要的作用,由于其投资巨大、构造复杂、失事后果严重,大坝的安全运行日益得到人们的重视。近年来,基于压电陶瓷(PZT)的压电阻抗技术以其响应快、频带宽,集传感激励于一体、对早期损伤敏感等特点成为了健康监测领域的一个研究热点。本文通过混凝土模型试验,对于压电阻抗技术应用于混凝土结构损伤检测,简要做出了以下工作：(1)回顾并概述了健康监测的发展历史及特点,阐述了压电阻抗的基本模型及其原理,得到PZT电导纳与结构体机械阻抗的数学关系,简要介绍了压电阻抗技术最新耦合模型的发展。(2)设计了混凝土悬臂梁试验,通过在混凝土梁上切割裂缝来模拟结构的损伤,测量埋入混凝土结构中PZT导纳数据的变化,寻找结构损伤与PZT导纳频谱曲线之间的关系。(3)浇筑了高混凝土拱坝模型,把PZT以智能骨料的形式埋入到坝体中,用振动台来模拟地震作用对坝体的破坏,通过不同震级的破坏后采集到的导纳数据来识别坝体的损伤及发展情况。由采集到的导纳数据的变化分析损伤的位置,损伤的程度,找到坝体的薄弱部位,并比较了电导电纳对于损伤的敏感度。(4)总结全文,在试验的基础上指出本文存在的问题,并对本课题接下来的研究方向做出了展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 课题来源  9
  1.2 选题背景及意义  9-11
  1.3 健康监测国内外研究现状  11-14
    1.3.1 全局损伤检测技术  13
    1.3.2 局部损伤检测方法  13-14
  1.4 压电阻抗法的国内外研究现状  14-16
  1.5 本文研究内容  16-17
2 压电阻抗法用于健康监测的基本理论  17-32
  2.1 压电效应  17-20
    2.1.1 弹性本构关系  18-19
    2.1.2 介电关系  19-20
  2.2 压电方程  20-24
    2.2.1 正压电效应及其表达式  20-21
    2.2.2 逆压电效应及其表达式  21-22
    2.2.3 压电方程及其边界条件  22-24
  2.3 压电参数  24-26
  2.4 压电阻抗法  26-31
  2.5 小结  31-32
3 混凝土梁试验  32-44
  3.1 试验目的  32-33
  3.2 试验仪器及材料  33-37
    3.2.1 试验仪器  33-36
    3.2.2 试验材料  36-37
  3.3 实验方案  37-39
    3.3.1 PZT的焊接  37-38
    3.3.2 混凝土梁的浇筑  38
    3.3.3 混凝土强度测量  38-39
    3.3.4 混凝土动弹模测量  39
  3.4 损伤模拟  39-41
    3.4.1 边界条件  39-40
    3.4.2 损伤模拟  40-41
  3.5 试验结果分析  41-43
  3.6 小结  43-44
4 高混凝土拱坝的损伤试验  44-71
  4.1 试验目的  44
  4.2 试验设备及试验材料  44-46
    4.2.1 试验设备  44-46
    4.2.2 试验材料  46
  4.3 试验方法  46-52
    4.3.1 智能骨料技术  46-50
    4.3.2 试验流程设计  50-52
  4.4 实验结果  52-60
    4.4.1 试验频段选择  52-53
    4.4.2 实验结果  53-60
  4.5 实验结果分析处理  60-70
    4.5.1 实验结果处理方法  60-65
    4.5.2 损伤指数的比较  65-70
  4.6 小结  70-71
5 结论与展望  71-73
参考文献  73-76
附表  76-80
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  80-81
致谢  81-82

基于阻抗的混凝土结构损伤评估方法研究

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