《基於壓電陶瓷回響波的混凝土樁長期監測技術研究》是依託武漢大學，由王若林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於壓電陶瓷回響波的混凝土樁長期監測技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王若林
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
混凝土樁廣泛的運用於土木工程基礎結構中，為了安全目的進行混凝土樁的健康監測是很重要的，也即進行樁身完整性和樁承載力評估。在本研究中，提出了一種基於壓電陶瓷的創新方法來進行混凝土樁的損傷檢測與健康監測。開發出一種基於壓電陶瓷的多功能感測器進行健康監測。澆筑前在混凝土樁中預先確定的位置埋入上述智慧型骨料以組成一個主動檢測網路。在提出的方法中，按照設計埋入的壓電陶瓷片（智慧型骨料）作為執行器發射列陣在樁體和土體內傳遞的波，其它壓電陶瓷片列陣作為感測器檢測發射波的回響。提出了基於小波包分析的能量向量，並通過對比能量分布向量在健康和損傷混凝土樁中的不同來得到損傷指標，以及波在土體內部以及土樁界面上的變化，從而判斷土的特性變化以及土-樁耦合機理，判斷混凝土樁的承載能力和安全性能。該技術可用來進行新建混凝土樁基的完整性檢測以及混凝土樁的長期監測。
結題摘要
項目按計畫完成。建立了基於壓電回響列陣和波動分析的混凝土樁基承載性能評估的長期監測系統。利用壓電回響波，從波速和頻散的角度研究了混凝土損傷和水分侵入的識別,從而實現樁基完整性的評估。研究了在不同密度、含水率、粒徑級配的土體內，壓縮波和剪下波波速的不同變化規律; 根據測試數據構建了在密度、含水率、含砂率單一物理參數變化下的波動方程;研究了在土體密度和含水率雙變數的情況下剪下波波速的傳播規律，指出土體微觀結構的變化改變了土體的巨觀物理性能,使壓電回響波的波速產生相應變化;根據大量測試數據建立了土體剪下波波速與乾密度和含水率的擬合關係模型，並通過實驗驗證了該方程的準確性，實現了不同含水率和乾密度下土樣的剪下波速的準確計算。研究了常溫地區土體和混凝土溫度對壓電回響波頻散效應的影響。研究了土體凍融循環壓電回響波的變化規律，建立了描述凍融循環對土體影響程度的數學模型，為判定凍融循環對土體的影響提供了定量依據。基於壓電智慧型骨料作為感測器的混凝土樁長期監測系統，採用波動信號幅值和能量指數，通過研究土體密度變化、分層和樁土耦合失效三種工況以及不同含水量土體凍融循環，對瞬態水平激勵作用下樁基波動回響試驗研究,得到不同的樁土耦合狀態下其壓電回響波的不同特徵，建立樁基承載性能的波動評估手段。試驗結果驗證了土體約束作用對樁基內部預埋壓電回響波信號有明顯影響,尤其樁土界面耦合失效時信號回響突變顯著。利用有限元分析水平瞬態激勵作用下土體物理性質對樁土接觸應力分布的影響。有限元模擬結果與壓電回響波試驗數據吻合良好，進一步證明了試驗的可靠性。在樁土界面耦合，特別是凍脹力的測試中，PZT表現出其方便，敏感的特性。研究得到的土體演變物理性能的波動回響公式為測量土體性能提供了一種新思路和進一步研究的試驗理論基礎。研究明確展現出PZT在混凝土樁基監測中的套用前景。
