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基于压电阻抗的叠层橡胶隔震支座损伤检测
| 论文题名： | 基于压电阻抗的叠层橡胶隔震支座损伤检测 |
| 关键词： | 叠层橡胶隔震支座;压电阻抗;损伤识别;橡胶开裂 |
| 摘要： | 叠层橡胶隔震支座在服役时受到外界荷载和环境耦合作用，性能退化，因此，对其损伤进行检测具有重要的理论与工程应用价值。基于压电陶瓷传感器（PZT）的压电阻抗（EMI）法作为一种高效精确的结构损伤识别方法，受到大量关注并得到广泛应用。本文基于EMI方法，对叠层橡胶隔震支座橡胶层裂缝损伤识别与压剪状态监测开展了一系列数值分析和试验研究。主要研究内容包括以下几个方面： （1）系统阐述了基于EMI的结构损伤识别原理，已有的系列EMI模型及相关损伤评价指标，为后续章节的研究工作提供理论基础。 （2）针对自由PZT，通过ANSYS建立多物理场耦合分析模型，为选取测试频段提供数值分析基础。基于EMI技术，对橡胶片的裂缝损伤识别进行数值分析和试验研究。通过分析导纳曲线和均方根偏差（RMSD），发现PZT能识别橡胶材料结构的裂缝损伤，为后续对叠层橡胶隔震支座损伤识别提供了理论基础。 （3）基于EMI技术，对无保护层的叠层橡胶隔震支座橡胶层开裂损伤识别进行研究。将PZT连续布置于各钢板层和橡胶层侧面,切割部分橡胶模拟橡胶层开裂。基于导纳和RMSD，定性和定量地评估粘贴于钢板层和橡胶层PZT对橡胶层开裂损伤的灵敏度。结果表明，两种PZT均能精确识别橡胶层开裂损伤，并且精度相近。 （4）通过粘贴于钢板层的PZT对叠层橡胶隔震支座压剪状态进行数据监测。发现在700～1100kHz频段，随剪切变形增大，电导曲线逐渐向下偏移，谐振峰值逐渐减小，RMSD逐渐增大，且三者均在30%～40%剪应变区间出现突变，与之对应的是支座出现卷边和钢板脱粘现象。试验研究表明，粘贴于钢板层的PZT能监测支座剪切变形，并能识别出支座在剪切变形下出现的卷边现象。 论文对橡胶片及叠层橡胶隔震支座橡胶层损伤识别进行了一系列数值分析和试验研究，结果表明数值分析结果与模型试验结果吻合，PZT压电阻抗技术能准确识别橡胶片及叠层橡胶隔震支座橡胶层损伤，并监测支座压剪状态。所得结论为使用PZT的压电阻抗技术对叠层橡胶隔震支座健康监测研究提供了重要理论与技术基础。 |
| 作者： | 苏前威 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 朱宏平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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