基于譜元法的鋼管混凝土結構界面缺陷檢測機理模擬研究.pdf

1、鋼管混凝土結構由于高的承載力、良好的塑性變形及耗能能力以及施工方便、經(jīng)濟高效等優(yōu)點被廣泛運用于超高層建筑、大跨空間結構、特大橋梁、地下空間工程以及大型能源設施。在鋼管混凝土結構中，鋼管對其內(nèi)部混凝土的約束作用使混凝土處于三向應力狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強度;鋼管內(nèi)部的混凝土可以借助內(nèi)填混凝土的支撐作用增強鋼管的穩(wěn)定性，防止發(fā)生局部屈曲。因此鋼管壁與核心混凝土之間界面的完整性是保證鋼管混凝土結構發(fā)揮其力學性能的重要因素，而界面缺陷將降低鋼

2、管對核心混凝土的約束作用，并影響結構的力學性能。因此鋼管混凝土結構的界面缺陷檢測成為重要課題。
　　近年來，針對常規(guī)方法在鋼管混凝土結構界面缺陷檢測方面的不足，學者們提出了基于壓電陶瓷的鋼管混凝土結構界面缺陷檢測技術，在通過大量的試驗研究證明該技術的可行性的基礎上，開展了基于實際工程領域中的應用。為了研究基于壓電陶瓷的鋼管混凝土結構界面缺陷檢測機理，分析結構中應力波的傳播以及界面損傷對應力波傳播的影響至關重要。本文采用譜元法分析壓

3、電陶瓷片與帶界面缺陷的鋼管混凝土結構耦合模型中應力波的傳播規(guī)律，通過數(shù)值模擬探究基于壓電陶瓷的鋼管混凝土結構界面缺陷檢測機理。本文的具體工作包括以下幾個方面:
　　(1)介紹了譜元法分析結構中波的傳播的基本理論，并對譜元法在結構缺陷檢測方面的應用進行了簡要歸納。
　　(2)根據(jù)譜元法基本理論，基于Matlab編制了鋼管混凝土結構在集中力荷載作用下應力波傳播的數(shù)值分析程序。利用該程序對有無界面剝離缺陷的鋼管混凝土結構截面中的應

4、力波傳播進行了分析，并將模擬結果進行對比分析，說明界面剝離缺陷對鋼管混凝土結構中應力波傳播的影響。
　　(3)采用實體譜單元對壓電層合板結構進行數(shù)值模擬分析，并通過提高譜單元階數(shù)的方法提高計算精度。該方法為壓電板結構的模擬提供了一種高階元法，同時也為譜元法模擬壓電陶瓷片與主體結構的耦合提供了基礎;
　　(4)采用譜元法對鋼管混凝土結構與壓電陶瓷片構成的耦合模型進行數(shù)值模擬分析，并將模擬規(guī)律與試驗結果進行對比，表明了譜元法研究