基于压电陶瓷的CFRP-混凝土粘结界面损伤检测方法研究

摘要

碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP）具有高强度、质量轻、耐久性能好等特点，广泛应用于建筑结构的维修加固。但CFRP与加固结构的粘结界面较薄弱，易发生界面剥离破坏，直接影响加固结构的安全性和耐久性。因此，研发一种实用、经济、有效、便捷的界面损伤检测方法将对CFRP加固结构工程具有重大意义。本文基于压电陶瓷技术对CFRP-混凝土粘结界面损伤进行识别研究，对设置了不同类型、不同尺寸的界面模拟损伤的CFRP布加固的混凝土方柱，利用波动分析法和压电阻抗法进行界面损伤识别研究，重点是对激励信号的损伤特征参量的提取以及损伤识别方法的研究。主要的研究工作如下：
　　（1）根据实际工程结构以及监测方法的需要，研制了嵌入式的“智能骨料”作为压电驱动器。
　　（2）基于波动分析法对CFRP-混凝土粘结界面模拟损伤进行识别研究，采用了正弦信号和扫频信号作为激励信号。结果表明：正弦信号的幅值以及扫频信号的小波包能量值均对两类界面模拟损伤表现出较好的敏感性；正弦信号幅值的损伤指标DI与损伤的程度正相关，而扫频信号的小波包能量值的健康指标EI与损伤的程度负相关。试验证明了基于压电陶瓷的波动分析法可有效识别CFRP-混凝土粘结界面损伤，且损伤指标DI以及健康指标EI能够反映损伤的程度。
　　（3）基于压电阻抗法对CFRP-混凝土粘结界面模拟损伤进行识别研究。结果表明：阻抗曲线图能够对损伤进行初步识别，均方根差值RMSD损伤指标可对损伤进一步有效评估。可见，压电阻抗法对界面损伤识别的有效性。
　　（4）利用波动分析法和压电阻抗法对CFRP板加固RC梁的界面剥离过程实时监测研究。结果表明：损伤指标DI、健康指标EI、以及均方根差值RMSD损伤指标均有效说明了CFRP-混凝土界面剥离过程。因此，基于压电陶瓷技术的波动分析法以及压电阻抗法均是适用于CFRP-混凝土粘结界面损伤的有效识别检测方法。

目录

第一章 绪 论

1.1引 言

1.2压电智能材料

1.3基于压电陶瓷的结构损伤检测与健康监测

1.4本文主要研究内容

第二章 基于压电陶瓷的智能骨料制作

2.1引言

2.2 PZT传感器与主体结构结合方式

2.2压电陶瓷的选取

2.3“智能骨料”的制作

2.4本章小结

第三章 基于波动分析法的CFRP-混凝土粘结界面损伤检测试验研究

3.1波动分析法分析基础

3.2试验概况

3.3试验结果分析

3.4本章小结

第四章 基于压电阻抗法的CFRP-混凝土粘结界面损伤检测试验研究

4.1压电阻抗法基本理论

4.2试验概况

4.3试验结果分析

4.4本章小结

第五章 基于压电陶瓷的CFRP板加固钢筋混凝土梁界面剥离过程实时监测

5.1试验概况

5.2试验结果分析

5.3本章小结

结论与展望

（一）结论

（二）展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢