Page 114 - 无损检测2024年第七期
P. 114
马进宝，等：
钢管混凝土内部孔洞缺陷监测试验
和接收信号的能力，且具备反应迅速、灵敏度高、频 压电效应，其原理示意如图1所示 。
[8]
域带宽宽、制作成本低等优点，被广泛应用于工程结 1.2 波动分析法及监测系统组成
构的健康监测与损伤识别中 。近年来，许多学者 基于PZT的波动分析法的原理是将PZT制成
[4]
利用PZT激励和接收应力波信号，结合应力波传播 的传感器粘贴在构件表面或埋入混凝土内部，利用
与测量原理，在压电传感器的制作、激励信号的选 PZT 同时具有发射和接收应力波信号的功能，将
取、压电复合材料与混凝土材料的耦合、缺陷定量分 PZT 作为驱动器和接收器分别布置在构件的相应位
析与定位研究等多个方面做了大量研究 [5-7] 。文章针 置，一端作为发射端，利用交流电激励驱动端发射应
对钢管混凝土内部孔洞缺陷监测问题，将PZT制成 力波，应力波扫描监测结果到达信号接收端后会转
压电传感器来激励和接收应力波信号，设计了具有 换为电信号。根据波动理论,应力波在传播中经过
不同尺寸内部孔洞缺陷的钢管混凝土构件，并将压 裂缝或孔洞等缺陷时会发生衰减、波形与传播路径
电传感器埋入钢管混凝土中进行监测，通过对测量 的变化，通过对比分析结构损伤前后所获取信号的
到的信号进行时域及小波包能量分析，给出评估混 变化，并结合时域及小波包能量分析的损伤指标等
凝土内部孔洞缺陷的损伤指标，验证了用PZT做波 方法来识别结构中存在的缺陷，实现对结构的缺陷
动测量分析方法监测钢管混凝土结构内部孔洞的可 评估与健康监测。波动分析法原理及监测系统的组
行性。 成示意如图2所示 [9-10] 。
1 基本原理 2 钢管混凝土内部孔洞缺陷监测试验
1.1 压电效应 2.1 试件设计
PZT作为压电材料具有压电效应，即PZT表面 PZT、孔洞与钢管相对位置示意如图 3 所示，
受到力的作用，内部晶体出现极化现象，导致对应的 试验在每种工况的试件监测截面设置了4个埋入式
表面聚集符号相反的电荷，从而形成有电势的带电 PZT传感器S1~S4，S1、S3为一组测量组，其中S1
状态，随着外力消失，PZT恢复到不带电状态。相反 作为激励端，S3作为接收端；S2和S4为一组测量组，
的，当在PZT的极化方向上施加电场，结构内部晶 其中S2作为激励端，S4作为接收端。设计了高度
体会发生运动，表现为PZT结构表面的变形，当施 为40 cm的无盖无底的方形钢管，方形钢管构件截
加高频变化的电场时，PZT会发生高频振动， 振动的 面长度为42 cm，钢管壁厚为10 mm，内部浇筑型号
大小与施加电场的幅值正相关，电场去除后，变形也 为C50混凝土并养护超过28 d，分别在钢管内部布
随之消失。上述现象分别被称为压电材料的正、逆 置无孔洞的混凝土和在混凝土内部布置直径为20，
图 1 压电效应原理示意
76
2024 年 第 46 卷 第 7 期
无损检测
