大坝振动台模型试验的损伤检测方法研究

摘要

一大批在建和拟建的高混凝土拱坝，都坐落在我国的云贵川和西藏等地区，但是我国的大部分高烈度地震都发生在这些地区。如果这些位于大江大河中上游的高拱坝发生事故，就必将会对下游地区产生难以估量的灾难和损失，因此高混凝土坝在强震作用下健康检测和损伤发展分析成为我国水利工程建设的关键技术问题。目前研究比较广泛的高拱坝模型动力破坏实验是研究高拱坝在地震作用下的破坏机理和抗震安全性极其重要的研究方法之一。
　　压电陶瓷由于具有响应快、线性相关性好、价格低廉、频响范围宽及良好的正逆压电效应等优良特点，使其具有良好的驱动、传感功能，特别是压电陶瓷良好的埋入性能令其尤其适合混凝土结构内部损伤的探测。正是因为这些特点，压电陶瓷传感器被广泛用于土木结构工程领域的健康检测研究。虽然在高拱坝动力模型实验中，曾有利用基于压电陶瓷传感器的阻抗法检测模型的损伤，但是在利用基于压电陶瓷的应力检测和波动法健康检测方面还是空白。本文通过一系列试验，对高拱坝仿真混凝土模型利用压电陶瓷传感器进行应力和损伤检测，简要做出以下工作:
　　把若干个压电陶瓷传感器浇筑到两个仿真混凝土梁内部两端的特定位置上，每根仿真混凝土梁模拟损伤的方式不同，一根采用人工切缝方式模拟宏观损伤，另一根采用三点弯的方法来模拟微观损伤。实验过程中，位于混凝土梁内部一端的压电传感器激发特定应力波，同时另一端的压电传感器接收应力波，采用压电波动法对混凝土梁进行扫描。把接收到的结构损伤数据在时域、频域内进行分析，同时对于这些数据也利用小波包的方法进行分析。实验结果表明利用压电波动法不仅可以检测出仿真混凝土结构的宏观和微观损伤，同时还可以有效的反映结构的损伤状态。
　　利用电液伺服试验机对压电陶瓷传感器进行动应力标定实验，对实验数据进行线性拟合，计算出压电陶瓷传感器对动应力的灵敏度。研究发现，试验机加载曲线和压电陶瓷传感器输出曲线的线性相关度非常高，不同应变率下的灵敏度系数非常稳定，可以用于大坝模型的动应力检测。
　　最后把压电传感器布置在高拱坝仿真混凝土模型拱顶内部的特定位置上，同时在大坝模型拱冠顶部的中轴线位置上布置加速度传感器，在动力模型试验工程中采集应力、损伤和加速度数据，并记录模型的裂缝发展情况。对采集到的损伤数据在时域、频域和小波包分析，并和应力、加速度肉眼观测的裂缝发展进行对比，结果发现应力和损伤数据变化对结构的损伤更敏感，能够更早的检测出结构的损伤及其出现的位置。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 研究现状

1．3．1 大坝模型损伤检测国内外研究现状

1．3．2 压电材料基本理论

1．3．3 压电传感器基本理论

1．3．4 利用压电传感器的主动损伤检测国内外研究现状

1．3．5 利用压电传感器的被动损伤检测国内外研究现状

1．4 论文主要工作

2 基于压电传感器的结构损伤主动探测方法

2．1 主动损伤探测原理

2．2 损伤信号分析方法

2．3 混凝土梁损伤检测试验

2．3．1 试验目的

2．3．2 试验设备及数据采集设备

2．3．3 试件制作与实验方案

2．3．4 实验结果分析

2．4 本章小结

3 基于压电传感器的结构内部应力被动监测方法

3．1 被动损伤监测原理

3．2 压电传感器应力标定实验

3．2．1 试验目的

3．2．2 实验设备及数据采集系统

3．2．3 试件与加载方案

3．2．4 灵敏度系数标定

3．3 本章小结

4 高拱坝振动台模型试验

4．1 实验目的

4．2 实验设备及数据采集设备

4．3 模型与加载方案

4．4 实验结果分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢