从土木工程实践中可以发现,裂缝是混凝土结构最主要的病害之一。而裂缝的出现会对主体结构产生不利影响,如导致结构表面混凝土剥离、加速钢筋腐蚀、降低承载力等,进而威胁到结构的安全性、耐久性。如果不及时掌握结构中裂缝的开展情况,不仅影响其正常使用,同时存在安全隐患,一旦发生事故,将可能造成不可逆转的重大损失。但是,目前现有的监测方法只能定性地识别结构中是否出现裂缝,而无法实现其定量监测,更无法基于定量监测结果评定结构的健康状态。在此背景下,本课题将开展如下研究:(1)基于混凝土标准试件梁设计了三点受弯工况理想试验,通过搭建的加载系统,研究裂缝演化形式及试件破坏过程,发现试件最终呈现出两种裂缝形式,即跨中垂直裂缝和支座处斜裂缝;同时,利用有限元软件ABAQUS建立了相应的数值分析模型,提出了单元损伤判定准则,并以此为依据分析了相同工况下模型中的裂缝损伤情况,发现试验和仿真的裂缝在形式上具有高度的一致性,说明采用的仿真方法能够有效地模拟试验中设定的工况,且在后续研究中可参考该对比分析结果设置人工裂缝。(2)在批量混凝土标准试件中分别预置了不同尺寸的跨中垂直裂缝和支座处斜裂缝,根据设计的混凝裂缝的压电主动传感监测系统,采集了不同工况的应力波时程信号,通过分析信号幅值和小波包能量值的变化,探明了该方法监测裂缝的原理,并从信号能量衰减的区间性特征中提取出裂缝参数定量区间,建立了两者间的内在关系,为裂缝的一定程度定量监测提供了探索性思路。(3)提出了基于压电主动传感的裂缝监测仿真方法,通过建立压电—混凝土梁机电耦合数值模型,并在模型中设置与上述试验相同的裂缝工况,模拟了压电主动传感法中应力波激发、传播及接收等一系列过程,分析了裂缝对应力波的衰减机理,证明了所提出的方法能够有效地识别裂缝;另外,将不同裂缝工况的仿真结果与试验结果对比,发现试验中能量区间性衰减趋势明显于仿真。(4)在上述研究的基础之上,根据提出的损伤指标,建立了基于能量衰减的损伤程度评估方法;结合试验和仿真中信号随裂缝演化时的区间特点,建立了基于裂缝参数定量区间的损伤程度评估方法,并运用该方法对研究裂缝形式试验中混凝土试件梁的健康状况进行评定。