基于压电阻抗法的装配式连接节点缺陷检测研究

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近年来,装配式结构在国内得到了广泛的应用,其整体性能引起了相当大的关注。结构构件之间的连接至关重要,灌浆套筒的灌浆密实性直接影响装配式结构的整体质量。若套筒内部灌浆有缺陷,受力钢筋的连接将有可能达不到预期性能,从而给结构带来安全隐患。钢筋有效锚固和应力有效传递的基础是灌浆料的密实程度,但套筒注浆是一项隐蔽施工技术,很难判断灌浆后是否饱满。因此,本文应用压电材料的正、逆压电效应对灌浆套筒内部缺陷进行检测,提出一种新的无损检测方法。推导了压电片与被测结构耦合后的电导纳表达式,随后进行有限元模拟和试验验证。本文的研究内容如下:(1)详细介绍了基于压电阻抗技术对损伤检测的基本原理。基于一维耦合模型,得到了单自由度弹簧-质量-阻尼(SMD)系统中压电陶瓷片的耦合导纳公式,同时也解释了阻抗与导纳之间的关系。压电片与结构耦合后,结构的机械阻抗是影响压电片导纳信号的唯一因素。结构发生损伤时,结构的机械阻抗会发生变化,压电片的电导纳值可以对机械阻抗的变化做出响应,可以通过测量压电片耦合后的电导纳信息来确定被测结构的损伤程度。(2)通过使用有限元软件对灌浆套筒进行模拟分析,建立灌浆套筒与压电片的有限元模型,建立灌浆套筒内不同空洞缺陷程度以及不同灌浆程度的有限元模型,得到粘贴在不同测点压电片的电导纳-频率曲线图,通过对比压电片在不同位置以及灌浆套筒在不同缺陷程度下的电导纳值进行图形分析。在空洞缺陷分析中建立损伤指标均方根偏差值(RMSD)和互相关系数(CC),对空洞缺陷进行定量分析,得到了损伤指标的变化规律,对空洞缺陷的损伤程度进行判断。(3)在实验室设计了不同空洞缺陷大小以及不同灌浆程度的的灌浆套筒,在距离空洞不同的位置布置压电片,利用压电片对灌浆套筒的损伤程度进行试验研究。通过阻抗分析仪PV520A得到套筒试件耦合后的电导纳信号,先通过对比分析电导纳信号图,再通过计算损伤指标,对不同工况的电导纳值进行分析,与有限元模拟结果进行对比,结论和规律基本相同。得到了很好的识别效果,验证了压电阻抗法可以用于检测装配式连接节点中灌浆套筒缺陷的有效性。
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