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第 76 页 共 100 页 CHANGSHACHANGSHACHANGSHACHANGSHAUNIVERSITYUNIVERSITYUNIVERSITYUNIVERSITYOFOFOFOFSCIENCESCIENCESCIENCESCIENCE 是再生骨料混凝土密度 r 2400kg m3 是泊松比 它被假设为 0 15 从剪力波的速度出发 波束的飞 行时间由下式 sClTOF s 6 101877 1898 3556 0 6 2 被计算出 预测值 187 微秒 和测量值 193 微秒 基本保持一致 证明了第一条波 束是剪力波从 SA1 直接到 SA3 的 第一条剪力波的全部信号能量被健康阶段的信号能量标准化 如图 2 结果 表明 随着再生骨料混凝土梁中裂缝深度的增加 被 SA3 捕获的剪力波能量逐 渐减少 当切口深度达到 38 1mm 时 由于裂缝接近第一条剪力波的传播路径 信号能量将会大幅度下降 因此 第一条剪力波的信号能量能够被用来显示混凝 土损害的存在和损害的大致范围 如图 6 9 所示 第 88 页 共 100 页 图 6 9第一个含有不同切口深度的波包正常化后的信号能量 6 26 26 26 2 嵌入式智能应变片在再生骨料混凝土梁健康检测中的应用嵌入式智能应变片在再生骨料混凝土梁健康检测中的应用嵌入式智能应变片在再生骨料混凝土梁健康检测中的应用嵌入式智能应变片在再生骨料混凝土梁健康检测中的应用 在这一节中 两个装有智能应变片的再生骨料混凝土梁样品被放在调节机械 中处理 如图 6 10 利用智能应变片 健康状态下的杨氏弹性模量 见公式 6 4 被检测出 智能应变片被用来检测杨氏弹性模量在每隔 60 周期到 300 周期的变 化 为了检测杨氏弹性模量的变化 研究者采用了和 6 1 节中损害检测同样的实 验装置和实验程序 测得的第一条剪力波束的飞行时间被用来计算由冻融过程引 起的杨氏弹性模量的减少 利用公式 6 2 和 6 3 并且假设在整个冻融过程中 混凝土量的密度和泊松比保持不变 飞行时间和混凝土梁的弹性模量之间的关系 见公式 6 4 首先 原始信号从 SA3 被收集 然后 采用与在 6 1 节中使用的同样的压力 波信号恢复技术 这样 健康样品中的剪力波束的飞行时间就可以被确定下来 通过相关的技术 实验人员能够预测在 0 周期至 60 周期内的第一条剪力波的延 时 最后 健康试样和受制约的试样之间的比率被用来显示杨氏弹性模量在冻融 循环过程中的变化 再生骨料混凝土的相关数据见图 13 健康试样和受制约试样的飞行时间以 及相应杨氏弹性模量 健康阶段标准化的杨氏弹性模量 列于表 1 在不久的将 来 到 2010 年 5 月 31 日 0 周期到 300 周期以内的 每隔 60 周期一次 再生 骨料混凝土和天然骨料混凝土测试样品的完整系列检测将会完成 再生骨料混凝 土梁试样和天然骨料混凝土梁试样的退化率也将进行比较 如表 1 所示 随着周 第 89 页 共 100 页 期数量的增加标准化的杨氏弹性模量减少 这个现象说明再生骨料混凝土随着周 期的增加其退化程度也在加大 智能应变片和相关的以波为基础的健康检测技术 可以检测出混凝土梁的退化 图 6 100 周期到 60 周期内预应力混凝土样品的原始信号 表 1 飞行时间和杨氏弹性模量的变化 样品冻结 解冻周期飞行时间 10 6s 杨氏弹性模量 RAC 3 01811 0 601880 927 7 7 7 7结论结论结论结论 在该项目中 研究的目的是开发利用智能应变片进行混凝土的损伤和健康检 测 研究人员研发出带有压电补丁的智能应变片 并将它们嵌入混凝土梁中来检 第 90 页 共 100 页 测再生骨料混凝土的损伤 不同深度的裂纹 和健康情况 相应的以波传播为基 础的损伤检测 裂纹 和状态评估测试技术也得到了发展和实施 基于实验结果的评估及智能应变片在损伤检测和健康检测中的使用 我们可 以得到以下初步结论 1 内含智能应变片的损伤检测技术表明其有能力检测出混凝土梁的裂缝程 度 第一条剪力波的信号能量能够显示出裂纹的存在和大致的程度 2 内含智能应变片的健康检测技术也展现出它具有评估由于混凝土梁冻融循 环过程导致的杨氏弹性模量变化的能力 随着冻融循环次数的增加 标准 的杨氏弹性模量逐渐减少 这个现象证明 随着循环次数的增加 再生骨 料混凝土逐渐开始退化 智能应变片和相关以波为基础的健康检测技术有 能力监测再生骨料混凝土梁的退化过程 3 虽然冻融调节还在计划中 将于 2010 年 5 月 31 日完成 结果会被记录 但有人预测再生骨料混凝土梁将比天然骨料混凝土梁老化的快 通过动态 弹性模量检测和智能应变片健康检测 再生骨料混凝土和天然骨料混凝土 试样的老化率都将被测量出来 总之 在使用含有智能应变片的损害检测和健康检测技术的过程中出现的 一些发现促进了再生骨料混凝土在交通建设和绿色工程中的广泛应用并为混 凝土结构提供了有效的检测技术 致谢致谢 该研究中的部分项目得到了西北交通部和华盛顿州立交通运输部的支持 研究中所使用的再生骨料是由华盛顿州斯波坎市中央混凝土搅拌有限责任公 司提供的 作者在此对他们的慷慨资助深表感谢 参考文献参考文献 1 用基于结构健康检测技术的阻抗来探测混凝土的多重裂缝 2 再生骨料混凝土的抗震性能和智能健康监测 第一部分 再生骨料混凝土的 智能健康监测 3 基于对混凝土中获得的应力进行活跃监测的压电传感器 第 91 页 共 100 页 5 智能补丁在对钢筋混凝土桥梁的健康监测中的表现 6 智能骨料 用于混凝土结构的多功能传感器的教程和评价 7 用于混凝土结构健康监测的低调压电传感器的应用 8 用于混凝土结构原位健康监测的压电传感器 9 带有嵌入式压电传感元件的智能混凝土的应用和特点 10 采用嵌入式压电元件对预应力混凝土结构进行脱粘检测 第一部分 实验 11 采用嵌入式压电元件对预应力混凝土结构进行脱粘检测 第二部分 分析 和算法 12 用智能骨料对钢筋混凝土剪力墙的健康进行检测 13 在混凝土结构损