1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各種大型復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。近十幾年來，智能材料結(jié)構(gòu)在工程領(lǐng)域中的成功應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)真正意義上的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提供了有效的途徑。近年來，壓電陶瓷以其特有的傳感和驅(qū)動(dòng)功能成為土木工程界廣泛研究和應(yīng)用的智能材料之一。因其具有響應(yīng)速度快、線性關(guān)系好、頻響范圍寬、能耗低、易剪裁、造價(jià)低廉且易加工成型等優(yōu)點(diǎn)而在工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方面存在著巨大的應(yīng)用潛力。因此，將壓電材料作為基本

2、元件，研發(fā)一套方便、實(shí)用的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也符合我國當(dāng)前的國情。本論文基于上述背景，對(duì)利用壓電陶瓷材料進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕損傷健康監(jiān)測(cè)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究，具體工作包括以下幾個(gè)方面：
　　 (1)根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及壓電陶瓷片的材料特性，以PZT壓電陶瓷為傳感驅(qū)動(dòng)元件，水泥/聚合物作為封裝材料制備壓電傳感器，并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試和分析。研究結(jié)果表明：采用該封裝材料制備出的壓電傳感器具有機(jī)械強(qiáng)度高、動(dòng)態(tài)輸出能力強(qiáng)、耐久性

3、能好、可靠性高等優(yōu)異性能。其中，以壓電陶瓷為元件制備的壓電傳感器兼有聲阻抗低、寬頻等特性、線性度高、輸出響應(yīng)良好、可重復(fù)性好、抗壓強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)能夠滿足其用于混凝土結(jié)構(gòu)長期、在線、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。
　　 (2)本文以將制作好的壓電傳感器貼于鋼筋斷面的形式進(jìn)行研究，采用電解液加速銹蝕法加快鋼筋銹蝕，能在較短時(shí)間內(nèi)獲得期望的銹蝕率。相對(duì)于螺紋鋼筋，用光圓鋼筋加速銹蝕，消除了鋼筋表面的不規(guī)則（如肋條）造成的對(duì)銹蝕率計(jì)算的影響，使銹蝕更為

4、均勻，由此計(jì)算出的理論銹蝕率與按照鋼筋重量損失所得到的實(shí)測(cè)銹蝕率之間的誤差更符合實(shí)際。通過分析超聲波信號(hào)幅值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)圖，可以得出鋼筋的銹蝕程度及銹蝕量，隨著銹蝕的進(jìn)行，銹蝕產(chǎn)物的不斷產(chǎn)生，超聲波幅值也發(fā)生了顯著的變化，此研究可以清晰的反應(yīng)出鋼筋、銹蝕產(chǎn)物及混凝土三者之間的關(guān)系。
　　 (3)利用電阻應(yīng)變片和壓電傳感器同時(shí)對(duì)鋼筋銹蝕進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究，通過分析試驗(yàn)所得的應(yīng)變片微應(yīng)變與傳感器接收到的超聲波幅值隨銹蝕時(shí)間的變化趨勢(shì)

5、可知，大約在120h，應(yīng)變片微應(yīng)變發(fā)生了突變，超聲波幅值停止增長并開始趨于穩(wěn)定，說明了由于隨著銹蝕產(chǎn)物的不斷積累和膨脹，對(duì)周圍砂漿產(chǎn)生了較大的拉應(yīng)力，內(nèi)部出現(xiàn)裂縫并不斷發(fā)展到表面，刺激外貼的電阻應(yīng)變片，使得微應(yīng)變迅速增大。而此時(shí)砂漿內(nèi)部也由于鋼筋和砂漿界面脫離，使得超聲波只沿著鋼筋傳播，幅值趨于穩(wěn)定。
　　 (4)利用聲發(fā)射儀和電阻應(yīng)變片同時(shí)對(duì)鋼筋銹蝕進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，應(yīng)變片微應(yīng)變與聲發(fā)射信號(hào)數(shù)量隨著銹蝕時(shí)間的增長有

6、著相同的增長趨勢(shì)。兩參數(shù)特征值均大約在8h出現(xiàn)突變，該變化能夠反映出此時(shí)因銹蝕的不斷進(jìn)行，銹蝕產(chǎn)物的不斷產(chǎn)生和膨脹，逐漸對(duì)周圍砂漿產(chǎn)生拉應(yīng)力，使砂漿內(nèi)產(chǎn)生了大量的微裂縫并逐漸發(fā)展至表面。
　　 (5)本文利用壓電傳感器、電阻應(yīng)變片、聲發(fā)射儀器三種方法對(duì)鋼筋銹蝕進(jìn)行了研究，試驗(yàn)得到的應(yīng)變片的微應(yīng)變、聲發(fā)射信號(hào)數(shù)等參數(shù)特征值，與利用壓電傳感器監(jiān)測(cè)銹蝕得到超聲波幅值的變化存在良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而也驗(yàn)證了本研究所用壓電陶瓷傳感器監(jiān)測(cè)鋼筋