混凝土结构利用压电陶瓷的健康监测与诊断技术

摘要

高层建筑、大型桥梁和海上石油勘探平台等大型建筑设施的安全与人们的生活息息相关。及时有效地杜绝建筑设施的安全隐患已成为全社会的共同需要。现有的各种混凝土无损检测手段受其单一的信息获取方式限制，往往只能对混凝土结构质量状况的某一方面进行评估，难以实现实时、长期监测。碳纤维法和光纤传感法可以对混凝土结构进行实时、在线地监测。但是利用碳纤维的压敏特性只能监测混凝土结构中有纤维分布的局部应力状况，且碳纤维对静态应力无响应，监测结果不全面。光纤传感法也存在着不少缺点，如光纤频带窄、设备费用昂贵等。在认真全面研究了国内外结构健康监测的研究现状之后，本文采用压电陶瓷作为传感器和激励器进行结构健康监测。 将压电敏感元件植入混凝土中，形成敏感模块，可以在大型建筑设施中扩展成任意分布的压电机敏混凝土系统。利用机敏系统可以感知混凝土结构的静、动态特性。这种结构混凝土监测方法具有实时、主动、长期监测的特点，而且成本低，易于实现，易于维护，实用性较强。 (1)本文详细介绍了压电陶瓷的基本理论，压电方程，压电陶瓷(PZT)的主要特性，通过总结压电陶瓷的这些特性，论述了压电陶瓷在结构健康监测中应用的可行性。 (2)根据混凝土中声波传输的能耗以及混凝土中裂缝对振幅和相位影响，本文提出了一种相位振幅分析法。试图利用这种方法，对埋置于混凝土中的压电陶瓷片的声发射和声接收波谱进行分析，确定混凝土内裂缝发展情况，并通过实际工程算例加以验证，得到较好的效果，初步实现压电混凝土基础设施健康安全主动监测。 (3)研究了结构健康监测关键的环节，即传感器的优化布设，包括其数量与位置。 最后，对本文工作进行了总结，归纳出了本文的主要结论，并给出了今后的研究方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 基于压电陶瓷结构健康监测与诊断的基本理论

第三章 压电陶瓷在结构健康监测中的应用

第四章 结构健康监测中的传感器优化配置

第五章 总结与展望

参考文献

附录

作者简介

致谢