基于壓電陶瓷的GFRP管混凝土組合柱損傷監(jiān)測試驗研究

基于壓電陶瓷的GFRP管混凝土組合柱損傷監(jiān)測試驗研究基于壓電陶瓷的GFRP管混凝土組合柱損傷監(jiān)測試驗研究

摘要：本研究通過利用壓電陶瓷傳感器對GFRP管混凝土組合柱進(jìn)行損傷監(jiān)測試驗，研究了不同施加荷載下組合柱的力學(xué)性能和損傷演化規(guī)律。實驗結(jié)果表明，在荷載作用下，組合柱的應(yīng)力分布不均勻，損傷主要集中在壓力區(qū)域，而拉力區(qū)域損傷較小。利用壓電陶瓷傳感器可以準(zhǔn)確感知組合柱中的損傷信息，為及時采取修復(fù)措施提供參考。

1.引言

隨著建筑領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境友好和可持續(xù)性的需求日益增加，復(fù)合材料逐漸成為結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域中的熱門材料。GFRP（GlassFiberReinforcedPolymer）管混凝土組合柱由GFRP管和混凝土組成，具有重量輕、抗腐蝕、抗堿性等特點，被廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑物等結(jié)構(gòu)。

2.試驗方法

2.1材料準(zhǔn)備

試驗采用直徑為150mm的GFRP管，壁厚為10mm，長度為800mm，混凝土采用等級為C30的配合比。壓電陶瓷傳感器選用壓阻型壓電陶瓷片，具有高精度和良好的線性特性。

2.2試驗設(shè)計

共設(shè)計了6組試驗，分別施加不同荷載，分別為0kN、50kN、100kN、150kN、200kN和250kN。在各組試驗中，通過壓電陶瓷傳感器對組合柱進(jìn)行損傷監(jiān)測，記錄壓電陶瓷傳感器輸出的電壓信號。

3.試驗結(jié)果和分析

3.1力學(xué)性能分析

隨著施加荷載的增加，組合柱的應(yīng)變和位移逐漸增大。同時，GFRP管和混凝土之間的相互作用越來越明顯，形成了一個協(xié)同工作的系統(tǒng)。

3.2損傷演化規(guī)律

通過對損傷區(qū)域的觀察和分析，發(fā)現(xiàn)損傷主要集中在壓力區(qū)域，而拉力區(qū)域的損傷較小。在荷載作用下，組合柱的應(yīng)力分布不均勻，壓力區(qū)域承受較大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致?lián)p傷的發(fā)生和擴(kuò)展。

4.基于壓電陶瓷的損傷監(jiān)測

壓電陶瓷傳感器可以被粘貼在組合柱的表面，通過感知壓電陶瓷傳感器輸出的電壓信號，可以準(zhǔn)確判斷組合柱的損傷情況。在試驗中，通過監(jiān)測傳感器輸出的電壓信號，發(fā)現(xiàn)隨著荷載的增加，組合柱的損傷不斷增加，而且損傷程度與施加荷載呈正相關(guān)。

5.結(jié)論

本研究通過實驗研究了基于壓電陶瓷的GFRP管混凝土組合柱的力學(xué)性能和損傷演化規(guī)律。結(jié)果表明，在荷載作用下，組合柱的應(yīng)力分布不均勻，損傷主要集中在壓力區(qū)域。通過利用壓電陶瓷傳感器可以準(zhǔn)確感知組合柱中的損傷信息，為及時采取修復(fù)措施提供參考。壓電陶瓷傳感器的應(yīng)用有助于提高結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，對于推動復(fù)合材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：壓電陶瓷，GFRP管混凝土組合柱，力學(xué)性能，損傷監(jiān)測，荷本研究通過實驗研究了基于壓電陶瓷的GFRP管混凝土組合柱的力學(xué)性能和損傷演化規(guī)律。結(jié)果表明，在荷載作用下，組合柱的應(yīng)力分布不均勻，壓力區(qū)域承受較大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致?lián)p傷的發(fā)生和擴(kuò)展。通過利用壓電陶瓷傳感器可以準(zhǔn)確感知組合柱中的損傷信息，發(fā)現(xiàn)隨著荷載的增加，組合柱的損傷不斷增加，而且損傷程度與施加荷載呈正相關(guān)。因此，壓電陶瓷傳感器的應(yīng)用可以有效地監(jiān)