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应力与材料构成对压电纵波在混凝土中的传输影响研究

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第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题背景及研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 荷载作用对压电监测效果的影响

2.1 引言

2.2 试验设计

2.3 单周期荷载作用

2.4 循环荷载作用

2.5 单调受压破坏荷载作用

2.6 本章小结

第3章 粗骨料对纵波传输影响的仿真研究

3.1 引言

3.2 压电智能骨料有限元模型

3.3 混凝土细观有限元模型

3.4 波传播应力云图分析

3.5 骨料弹性模量对波的传播影响分析

3.6 骨料面积率对波传播影响分析

3.7 本章小结

第4章 净浆密实度对纵波传输的影响研究

4.1 引言

4.2 不同固相密实度监测试验设计

4.3 不同固相密实度监测结果分析

4.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢

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摘要

目前，基于压电监测平台的无损健康监测大多重点关注结构损伤本身的监测，主要通过分析结构缺陷对波形特征信息（幅值或波速）的影响来确定混凝土结构损伤程度和位置，而没有考虑实际工程应用过程外部荷载环境对压电监测效果的影响；另外，波在多孔多相混凝土材料中的传输机制也鲜有研究，因此限制了压电智能无损监测方法在结构健康监测领域的推广使用。本文通过搭建压电智能监测平台，系统研究了荷载作用对监测效果的影响；深入探讨了粗骨料弹性模量、面积率和净浆密实度对纵波在混凝土中传输的影响规律。具体内容包括：
　　将压电智能骨料传感器成对埋入混凝土试块中，通过三种不同的轴向加载方式，分别研究单周期荷载作用、循环荷载作用及单调受压破坏荷载作用对波形信息的影响。研究表明：在单周期荷载作用下，当?=0.1时，恒应力状态混凝土受压密实起主要作用，此时信号幅值上升；当?=0.3时，混凝土受压微裂缝开展较多，导致信号幅值下降。对于循环荷载作用，混凝土内初始微裂缝在循环初期快速发展，在卸载状态幅值和波速下降，但由于循环次数过少无法产生下级裂缝，幅值和波速趋于稳定。在单调受压破坏荷载作用下，混凝土内裂缝随着应力水平的增加逐渐发展贯通，幅值和波速下降，但幅值变化率要明显大于波速变化率，说明幅值对微观损伤的探测灵敏度较高，但存在不稳定的缺点，而波速具有较好的稳定性。另外，纵波波速与混凝土的受压应力状态密切相关，波速值在一定程度上可以反映其受压应力幅值。
　　基于ABAQUS有限元软件，建立了多边形骨料和随机圆形骨料细观数值模型，仿真研究了骨料弹性模量和面积率对应力波传播的影响。研究分析发现：考虑几何弥散效应及骨料的随机特征，随着骨料弹性模量的增加，幅值减小而波速增大，且频率越高幅值和波速越小；随着骨料面积率的增加波速增大，而幅值则由于几何弥散效应和模型的不均匀性出现较大的波动现象。此外，骨料形状对波速影响较小，最大误差只有2.6％左右，而对幅值的影响较大。
　　通过自制压电传感器对不同密实度下的净浆试块进行监测。分析表明，波速能有效监测水泥水化过程，随着水化过程的推进呈上升趋势，且在液固耦合阶段有一个急剧的上升。此外，能有效监测出初凝时间和终凝时间，分别在3 h和8 h左右。对三种不同水灰比（0.3、0.4、0.5）净浆在养护28 d内的波速进行监测，结果表明，波速随着龄期的增长不断变大，水灰比越小波速越大。值得注意的是，在浇筑后的24小时内净浆水灰比越小波速增长越快，而后期其波速增长率明显低于高水灰比净浆的波速增长率。

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