基于譜元法的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)界面缺陷檢測機(jī)理模擬研究.pdf

1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)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(jì)高效等優(yōu)點被廣泛運用于超高層建筑、大跨空間結(jié)構(gòu)、特大橋梁、地下空間工程以及大型能源設(shè)施。在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)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(yīng)力狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(jié)構(gòu)發(fā)揮其力學(xué)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(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。因此鋼管混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)界面缺陷檢測方面的不足，學(xué)者們提出了基于壓電陶瓷的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)界面缺陷檢測技術(shù)，在通過大量的試驗研究證明該技術(shù)的可行性的基礎(chǔ)上，開展了基于實際工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。為了研究基于壓電陶瓷的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)界面缺陷檢測機(jī)理，分析結(jié)構(gòu)中應(yīng)力波的傳播以及界面損傷對應(yīng)力波傳播的影響至關(guān)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(jié)構(gòu)耦合模型中應(yīng)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(jié)構(gòu)界面缺陷檢測機(jī)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(jié)構(gòu)中波的傳播的基本理論，并對譜元法在結(jié)構(gòu)缺陷檢測方面的應(yīng)用進(jìn)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(jié)構(gòu)在集中力荷載作用下應(yīng)力波傳播的數(shù)值分析程序。利用該程序?qū)τ袩o界面剝離缺陷的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)截面中的應(yīng)

4、力波傳播進(jìn)行了分析，并將模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，說明界面剝離缺陷對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)力波傳播的影響。
　　(3)采用實體譜單元對壓電層合板結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的耦合提供了基礎(chǔ);
　　(4)采用譜元法對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)與壓電陶瓷片構(gòu)成的耦合模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析，并將模擬規(guī)律與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，表明了譜元法研究