CFRP加固混凝土结构剥离损伤识别试验研究

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发布时间：2022-06-26

资料介绍

摘要：碳纤维增强复合材料(CFRP)由于强度高、重量轻、适应面广等特点,成为土木工程修复和加固工程中
引人注目的替代材料。剥离破坏是CFRP加固结构时常见的破坏方式，一旦发生剥离破坏，将达不到预期的加
固效果，不仅造成材料浪费，而且被加固结构也存在安全隐患。可以采用无损检测(NDT)的方法对剥离损伤进
行识别。利用压电陶瓷对CFRP加固的混凝土柱的剥离损伤进行试验研究,以确定损伤的位置和程度。将
组压电陶瓷(如镐钛酸铅,简称 PZT)预埋在小体积混凝土中,制成“智能骨料”,并将其预埋在混凝土柱内的指
定位置。柱表面进行CFRP加固处理,在指定位置设置人工模拟剥离损伤。将另一组 PZT 片粘贴在具有人工
剥离损伤处的表面。利用扫频波对具有预先设定剥离区域的CFRP加固混凝土试件进行试验,其中三个预埋
的“智能骨料”作为作动器,表面粘贴的PZT作为传感器。对接收到的检测信号,利用傅里叶频谱分析与定义
的两个基于小波包分析的损伤指标进行计算,不但成功检测到模拟的剥离区域,而且可以看出损伤指标对试件
剥离损伤程度具有足够的灵敏度。
关键词：碳纤维增强材料(CFRP)；剥离损伤；损伤识别；
压电陶瓷智能骨料；损伤指数；小波包分析
中图分类号：TM282；TU599；TU375
文献标识码:A
文章编号：2095-0985(2011)03-0069-06
采用碳纤维增强材料(CFRP)加固混凝土结
基于小波包分析的损伤指标进行计算,不但成功
构是一种新型、简便、高效的加固、修复和改造技
的检测到模拟的剥离区域,而且可以看出损伤指
术。它是将具有高抗拉强度、高弹性模量的碳纤
标对试件剥离损伤程度具有足够的灵敏度
（4-6]
。
维材料利用高性能环氧树脂类粘结胶粘贴在混凝
土结构表面,使碳纤维材料与原混凝土结构形成
基本原理
整体,从而增强混凝土结构的承载能力
)“。所以
保证CFRP和混凝土结构表面有可靠的粘结显得
1.1 波动法原理
尤为重要。剥离破坏是 CFRP 加固混凝土结构最
目前,国内外关于应用压电陶瓷智能材料对
常见的破坏方式之一，一旦发生剥离破坏，CFRP
结构进行健康监测的方法主要包括波动法和阻抗
强度得不到充分发挥,达不到预期的加固效果,不
法。本文采用波动法利用PZT对CFRP加固混凝
仅造成材料浪费，而且被加固构件也存在安全隐
土结构剥离损伤识别进行试验研究。首先,将
患。为此,可以采用无损检测(NDT)的方法对剥
定规格的 PZT 片预埋在小体积混凝土中制作成
离损伤进行识别
“
。
智能骨料(SA),在浇筑试验试件时,再将SA 埋置
近年来,随着对压电陶瓷智能材料研究的不
在混凝土试件的指定位置,利用PZT的逆压电效
断深人,其在土木工程中的应用日趋广泛,尤其在
应将SA作为驱动器产生激励波。另一组PZT片
结构损伤识别和健康检测技术中的应用已经取得
粘贴在具有人工剥离损伤处的 CFRP 表面，当应
丰硕成果®。本文将利用PZT对CFRP加固的混
力波由混凝土内部传播到 CFRP 的外表面时,利
凝土柱的剥离损伤进行试验研究,以确定损伤的
用PZT片的正压电效应，作为传感器接收到信
位置和程度。利用扫频波对具有预先设定剥离区
号。激励信号从混凝土内部向粘贴在外部的
域的CFRP加固混凝土试件进行试验,对接收到
CFRP传播，当经过剥离区域时,由于应力波的反
的检测信号,利用傅里叶频谱分析与定义的两个
射、散射、衍射等影响，波的能量衰减将会加剧，而