《土木工程毕业设计文献翻译--利用水泥基压电传感器监测地震荷载作用下钢筋混凝土框架结构的损伤》毕业学术论文.doc

利用水泥基压电传感器监测地震荷载作用下钢筋混凝土框架结构的损伤 摘要 利用声发射（AE）混凝土结构损伤过程的监控技术已引起越来越多的关注，由于其强大的能力。本文提出了一种全新的水泥基压电复合材料传感器引入了改进的性能，特别是关于它的AE信号在高频域的检测能力。在建设过程中，这些传感器被嵌入到钢筋混凝土框架结构的基础中，并任命由于振动台激励混凝土损伤监测。在测试中的激励输入采用标准的地面运动记录的1999年台湾地震与840加仑和1300加仑的地面峰值加速度。由传感器检测到的信号被商业进行存储和分析可用的数据采集装置。先进的随机信号分析法有效地解释频率域组成及其代表的钢筋混凝土框架结构破坏过程的有用信息。结果用眼观察的结构损伤和相应的循环荷载试验结果进行了比较。结果表明，健康监测方法采用水泥基压电复合材料传感器和先进的随机信号分析，能够检测和评估由于地震荷载的钢筋混凝土框架结构的破坏过程。钢筋混凝土框架结构的一种有效的损伤指标可以从提取的AE信息评价。 关键词 地震荷载 水泥基 压电复合材料 声发射 钢筋混凝土结构损 伤指标 1 引言 今时今日，声发射健康监测方法享有盛誉由于其巨大的潜力，通过声发射信号的持续监测和评估混凝土结构的破坏过程。接收到的声发射信号到达的声波是一种电气表示。在混凝土结构中，声波引起的微观或宏观裂纹在几乎所有的方向作为一个扩大的球形气球具有一定的辐射图案和衰减系数。在声波在预先设定的位置，由压电换能器接收，最佳解释和分析由此产生的信号需要采用一种适当和有效的评估方法。 地震是一种沿断裂在地壳岩石的突然转变引起的地面震动。在一段短暂的时期内，大量应力能量以动态变形和地震波浪的形式释放出来。地震波包含P波和S波，并且他们传播具有声发射那样的辐射模式。尽管事实上，地震波和声发射在不同尺度和不同的来源产生的，它们都属于机械振动类物理。因此，当钢筋混凝土结构在地震作用下，两种机械振动应该考虑到，即，从地面运动的地震波，裂缝或混凝土结构的位错或裂缝产生的声发射。只有结构损伤引起的声发射是我们感兴趣的，为了有效评价在地震作用下混凝土结构的健康状况。 在这项研究中，全新的水泥基压电传感器用于地震作用下钢筋混凝土框架结构混凝土裂缝损伤检测。结果表明，所采用的传感器拥有充足的低频和高频波检测具有高灵敏度能力。嵌入水泥基压电传感器三个钢筋混凝土框架的设计和建造作为测试对象。在目前台湾振动台是用来测试模拟地震地面运动。从1999年台湾地震的地面运动记录TCU082被用来作为各种PGA水平激励源。在振动台试验，由嵌入水泥基压电传感器发现的声发射信号被用来捕捉混凝土裂缝的损伤信息。基于声发射信号分析信息，可以检测到混凝土裂缝的事件，也可以知道钢筋混凝土框架结构的损伤程度。因此，就可以估计出一个有效的损伤指标。 2 水泥基压电复合材料传感器的嵌入式宽带 为了满足对混凝土结构连续可靠的监测的要求，采用嵌入压电传感器。基于以前的研究[6 ] ，压电传感材料和基质的兼容性是一个关键问题，因为它极大地影响的嵌入式传感器的检测性能。如果兼容性不能妥善解决，检测灵敏度和信噪比将在健康监测方面是不能令人满意的。在土木工程中，混凝土是主要的建筑材料。不幸的是，在混凝土和普通压电陶瓷材料之间的刚度及声阻抗有较大差异。因此，传统的压电传感器将不适合在混凝土中的应用。作为改善，应考虑三个问题，包括完善的传感接触界面耦合，声阻抗的匹配和良好的一致性。可以使用一种全新的水泥基压电复合材料解决这些问题，能够被调谐到有声阻抗值接近混凝土基体。在此基础上，可以最大限度地把声波能量转移到介质接口很少反射的传感材料。 发现基材支撑压电传感器对其阻尼特性影响很大。用活性类似的支持材料（混凝土）的声阻抗的压电材料，它会产生最有效的阻尼。这种压电传感器嵌入混凝土时将产生一个平坦的和宽的带宽，从而产生更高的灵敏度时。在这个实验中， 0-3水泥基压电复合材料被用来制造传感器（参照图1 ） 。这种复合材料的压电性能在表1中说明[ 7 ]。并通过标准的铅笔引线断裂 [8] 获得传感器校准曲线如图 2 所示。由此可见，这种传感器具有低频（低于5千赫）和高频（5–200千赫）区域检测能力。 图1水泥基压电复合材料的传感器 材料类型 0–3水泥基压 电复合材料 表1 0–3水泥基压电复合材料的压电特性 利用压电d33 zj-3b表是由学术学报声学研究所制造的压电应变常数d33的测定。其他参数可以使用惠普4194A阻抗分析仪测量阻抗谱的某些方程的估计和计算。方程是包括在我们以前的报告关于0–3水泥基压电复合材料。 图2的时间和频率域响应受到铅笔引线断裂（虚线框显示的低频响应，和点划线框显示高频