结构健康监测可以有效地获取土木工程结构的损伤参数,评估结构完整性,减少维护费用,以及预测工作寿命。场致隧道效应橡胶基复合材料具有感知性能优越、制备工艺简单、适用范围广、不受力时为绝缘体等优点,有望应用其研制出适用于结构健康监测的传感器件。因此,本文分别围绕船舶桥梁碰撞监测、桥梁支座监测和交通探测三方面应用,系统研究了场致隧道效应橡胶基复合材料应用于结构健康监测时的材料选用原则、感知机理、传感器设计方法及判定机制。主要内容和结论如下:(1)船桥碰撞监测。以不同硅橡胶种类、试样厚度制备了场致隧道效应橡胶基复合材料并制作成传感器;设计了钢球自由落体撞击混凝土的碰撞模型试验,对所制得传感器进行碰撞感知性能测试,并提出了以监测传感器两端电压信号获得碰撞参数的方法;设计了并联采集系统和传感器在桥墩上分区布置的方法以定位碰撞位置;提出了桥梁桥墩受碰撞的损伤判定机制和预警方法;同时也研究了复合材料对碰撞缓冲消能的作用。结果表明,所设计制作的传感器对碰撞具有敏感的响应,量程满足船桥碰撞监测的要求;通过分析电压信号可以得到碰撞力、碰撞时间、碰撞位置、碰撞面积等船桥碰撞参数。(2)桥梁支座监测。设计了多种以板式橡胶支座为载体的传感器结构形式,并通过ABAQUS数值建模方法进行筛选;在单轴加载条件下,研究了镍粉填料掺量、试样厚度、加载速度等因素对支座传感器压敏性的影响;考察了支座传感器在持荷载下的蠕变和电阻松弛行为。结果表明,以复合材料全部取代支座单层橡胶的形式能更真实地反映支座受力情况;复合材料在支座中受环箍效应作用,压敏性会受到尺寸和侧向约束的影响;加载速度会造成压敏区间的偏移,但区间跨度基本不变;所设计制作的传感器可用于支座服役状况、桥梁安全状况等的监测,同时可用于桥载车辆交通状况的探测。(3)交通探测。制备了多种厚度和宽度的场致隧道效应橡胶基复合材料,并在模拟车辙试验条件下,研究传感器尺寸对交通探测传感器探测性能的影响;分析了传感器工作时的受力模式,以及采取平铺于路面形式时采集信号失真的原因;考察了往复碾压下传感器压敏性衰减的内在机制;通过Burger方程描述了传感器在恒定荷载作用下电阻松弛行为。结果表明,传感器压敏性的衰减是由外力做功导致对复合材料微观结构和导电网络的破坏造成的,而传感器尺寸对外力做功时间和大小有显著影响;持荷载造成的电阻松弛行为很大程度上在卸载后可以得到恢复;所设计制作的传感器可用于多种交通参数和违章行为的探测。