【摘 要】
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钢筋混凝土结构的刚度表示结构受到外力时抵抗变形的能力,是反映结构正常使用性能和安全状态的重要参数。因此,开展钢筋混凝土结构刚度监测方法研究对保障结构安全具有重要意义。而压电陶瓷凭借其高灵敏度、安装简单、成本较低的优点,已被应用于结构健康监测领域。本文依托国家重点研发计划“结构性能指标智能传感原理与方法”(2021YFF0501001),将铜基压电片应用到钢筋混凝土梁和分块预制装配式管廊横向接头的抗
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钢筋混凝土结构的刚度表示结构受到外力时抵抗变形的能力,是反映结构正常使用性能和安全状态的重要参数。因此,开展钢筋混凝土结构刚度监测方法研究对保障结构安全具有重要意义。而压电陶瓷凭借其高灵敏度、安装简单、成本较低的优点,已被应用于结构健康监测领域。本文依托国家重点研发计划“结构性能指标智能传感原理与方法”(2021YFF0501001),将铜基压电片应用到钢筋混凝土梁和分块预制装配式管廊横向接头的抗弯刚度监测研究中,探究利用压电导纳信号监测钢筋混凝土结构抗弯刚度变化的可行性。主要研究内容如下:(1)开展基于铜基压电片的钢筋混凝土梁截面抗弯刚度监测试验研究。通过在钢筋混凝土梁底面布置铜基压电片、压电裸片、应变片以及挠度计等传感器,采集不同加载工况下梁的应变、挠度及压电导纳数据,监测钢筋混凝土梁截面抗弯刚度在不同加载工况的变化情况。通过提取压电导纳曲线的共振频率、计算导纳曲线均方根偏差(Root Mean Square Deviation,RMSD)和欧式距离(Euclidean Distance,ED)等评价指标来探究铜基压电片和压电阻抗法应用于钢筋混凝土梁刚度监测的可行性。(2)开展分块预制装配式管廊缩尺模型横向接头抗弯刚度监测试验研究。在分块预制装配式管廊缩尺模型的接缝处跨缝粘贴铜基压电片和千分表来分别测量不同加载工况下的压电导纳和接头张开量。利用接缝张开量与表征接头抗弯刚度的弹簧系数的理论公式,分析铜基压电片导纳曲线统计指标RMSD和ED与管廊接头抗弯刚度之间的相关关系,探究压电阻抗法应用于装配式管廊横向接头抗弯刚度监测的可行性。(3)在上述研究中,还将基于铜基压电片的监测结果与布置在混凝土梁相同位置的压电裸片,以及布置在管廊接头一侧混凝土表面的压电裸片监测结果进行了对比研究。研究结果表明,基于压电导纳的RMSD和ED指标与钢筋混凝土梁和分块预制装配式管廊横向接头抗弯刚度之间存在有规律的相关关系;依据拟合得到的关系曲线能够对钢筋混凝土梁和分块预制装配式管廊缩尺模型横向接头抗弯刚度进行有效监测。可跨缝布置的铜基压电片对抗弯刚度的监测相比于压电裸片具有更好的适用性和可靠性。利用铜基压电片和压电阻抗法监测钢筋混凝土梁和分块预制装配式管廊横向接头抗弯刚度是可行的。
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