基于压电阻抗的混凝土裂缝监测.pdf

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1、12低温建筑技术2013年第7期(总第181期)基于压电阻抗的混凝土裂缝监测蔡金标，李忠良，陈双聪，张燕青，楼旦丰(浙江大学建筑工程学院，杭州310058)【摘要】基于压电阻抗技术对混凝土标准试块裂缝的出现和发展进行监测。在混凝土试块上粘贴压电片，人为切割深度分别为1、3、5cm作为三种不同损伤工况，采用精密阻抗分析仪4294A提取混凝土试块在健康状况和各损伤工况下的压电片电导信号。实验结果表明，裂缝的出现和发展使得电导信号发生漂移，且损伤越大，变化越大；引入的RMSD值可以表征损伤的程度。【关键词】压电阻抗；混凝土；损伤【中图分类号】TU375【文献

2、标识码】B【文章编号】1001—6864(2013)07—0012—02混凝土结构因施工管理不善或受使用环境及自能直接反映结构的机械阻抗变化。因此，当结构有微小然灾害的影响，其内部可能存在不密实或空洞等缺损伤时，如裂纹、腐蚀、螺栓松动等，其机械动态阻抗的陷，外部可能形成蜂窝麻面、裂缝或损伤层等缺陷。变化就可由压电传感元件直接感知。这些缺陷的存在会不同程度地影响结构承载力和耐2实验研究久性，如何采用较有效的方法查明混凝土缺陷的性表1压电材料参数质、范围及尺寸，以便进行技术处理，这是工程建设中一个重要的课题⋯。文中利用压电阻抗技术(EMI)对混凝土标准试块

3、的裂缝出现及发展进行了监测，实验结果证明了压电阻抗技术对混凝土试块裂缝监测的有效性和可行性。1压电阻抗技术基本原理1993年Liang等首次提出智能结构的阻抗分析(1)实验材料及装置。实验采用的混凝土试块法，建立了PZT与结构系统构成的单自由度弹簧一质量为15ram×15ramx15ram标准试块。压电片由中国科一阻尼系统(SMD)一维计算模型。结果表明，PZT耦合学研究院上海硅酸盐研究所提供，尺寸为10ram×电阻抗不仅与PZT的几何尺寸、介电常数、压电常数、弹10ram×0．3ram，压电材料参数如表1所示。实验中用性模量、机械阻抗、激励信号角频率

4、有关，还与结构机械2片压电片，分别命名为1号压电片、2号压电片，压电阻抗有关。在其它参数不变情况下，PZT电阻抗的变化片粘贴位置如图1所示。粘结剂采用瞬间强力胶(4)通过实验数据的处理，发现在动态单轴抗AS．I’M，WestConshohocken，Pa．1917，(17)：366—374．拉试验中，混凝土的弹性模量与相对初始弹性模量的[3]王丽娜．考虑应变速率影响的混凝土单轴受压本构关系实验研究[D]．唐山：河北理工大学，2010．比和应变速率的对数接近线性关系。以及混凝土的[4]肖诗云，林皋，等．应变率对混凝土抗拉特性影响[J]．大连理抗拉强度与相

5、对准静态1×10／s时的抗拉强度的比工大学学报，2001，41(6)：721—725．和应变速率对数的关系接近线性关系。[5]闺东明．混凝土动态力学性能试验与理论研究[D]．大连：大(5)混凝土在动态抗拉试验中，随着应变速率连理工大学，2006．提高，试块界面破坏断裂面有趋于平整的趋势，而且[6]林皋，闫东明，肖诗云，胡志强．应变速率对混凝土特性及工程断裂声更响，其脆性更易体现。结构地震响应的影响[J]．土木工程学报，2005，38(11)：1—8．[7]闰东明，林皋．不同应变速率下混凝土直接拉伸试验研究[J]．土木工程学报，2005，38(6)：97

6、—103．参考文献[8]张云莲，李家康．混凝土均匀受拉强度试验中的几个问题[J]．工业建筑，2001，31(8)：43—45．．[1]张楚汉．高坝一水电站工程中的关键科学问题[J]．三峡大学学报(自然科学版)，2004，20(3)：193—197．[收稿日期]2013—03—19[2]Abrams，D．A．Efectofrateofapplicationofloadontheconl-[作者简介]蒲江博(1987一)，男，石家庄人．硕士研究生，研pressivestrengthofconcrete[J]．Proc，20thAnnu．Meeting。究方

7、向：结构工程。蔡金标等：基于压电阻抗的混凝土裂缝监测13502。裂缝采用切割机施加。实验测试仪器为Agilent但各峰值对应的频率增加。这是由于裂缝的出现使公司生产的4294A精密阻抗分析仪，通过与其相连的得压电片一粘结层一主体结构耦合系统的质量、刚度计算机提取电导纳信号。和阻尼发生了变化而造成的。丁●叶—54薹3C，)蚕210l135损伤／cm-l号压电片_2号压电片图1压电片分布图图3各损伤工况下1、2号压电片RMSD值(2)实验操作。待混凝土试块养护一个月后将为了定量分析损伤的发展程度，文中引入均方根压电片用502胶水粘贴于试块表面，以形成压电片

8、一偏差(RootMeanSquareDeviation，简称RMSD)】，其粘结层一主体结构耦