钢筋混凝土结构是目前土木工程领域重要的结构形式,广泛应用于房屋、水利、桥梁等基础设施中。然而,钢筋混凝土结构往往处于恶劣的环境中,耐久性成为影响结构使用寿命的重要因素。因此,钢筋锈蚀监测成为近些年来土木工程健康监测领域的研究热点。如今,研究人员已经开发出许多钢筋锈蚀监测方法,但这些方法通常存在滞后性、不准确、灵敏度低等缺陷。超声导波检测技术是一种动态的无损检测技术,因此可以对钢筋锈蚀情况进行实时、在线、连续地监测,可用来判断钢筋锈蚀发展的不同阶段,实现真正意义的结构健康监测。本论文详细研究了超声导波监测钢筋锈蚀损伤的有关技术,具体研究内容有以下几个方面:(1)根据超声导波监测技术的要求,设计制备了适合超声导波监测钢筋锈蚀的压电陶瓷传感器。研究超声导波在钢筋内的传播规律,特别是混凝土包裹长度以及超声导波频率对钢筋中超声导波能量损失的影响。研究结果表明:同一混凝土包裹长度,测得随着频率增加,超声导波的幅值有明显减小趋势。同一激励频率,不同混凝土包裹长度下,随着混凝土包裹长度的增加,超声导波幅值衰减增强。(2)利用超声导波监测钢筋锈蚀的不同阶段,并通过超声导波信号的幅值变化判断钢筋锈蚀程度。研究结果表明:超声导波信号的幅值变化趋势分为下降和上升两个阶段。在超声导波幅值的下降阶段,钢筋锈蚀产物填充钢筋与混凝土界面区域。当超声导波幅值到达最小值时,混凝土内开始出现裂缝。超声导波幅值的上升阶段是裂缝在混凝土内的开展阶段,直到裂缝延伸到混凝土试件表面,超声导波幅值趋于稳定。(3)采用小波包信号处理方法对钢筋锈蚀不同阶段的扫频信号进行小波包能量值计算。通过小波包信号处理方法分析超声导波扫频信号的总能量以及各频带能量分布的变化情况。随着钢筋不断锈蚀,超声导波信号的总能量呈现先下降后上升的趋势。并且超声导波信号的能量在各频带上分布越来越分散,造成接收信号的能量谱发生改变。(4)利用扫描电子显微镜对不同锈蚀阶段钢筋与混凝土交界处锈蚀层的形貌进行观察可知:钢筋未发生锈蚀时,钢筋与混凝土的界面处为疏松、孔隙率较大的薄弱区域。钢筋锈蚀但混凝土未出现裂缝时,锈蚀产物填充钢筋与混凝土的界面,使界面区域更密实。混凝土出现裂缝时的锈蚀层厚度明显大于混凝土未出现裂缝时的锈蚀层厚度。通过本文研究结果表明,超声导波能够实时、在线的监测结构内部钢筋锈蚀的不同阶段,从而及时有效的反映钢筋锈蚀损伤程度。