基于无线导纳监测系统的钢筋混凝土梁弯曲损伤诊断——试验与有限元分析

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本文介绍了一套自主研发的便携式低成本结构健康监测（SHM）系统在钢筋混凝土（RC）梁弯曲损伤检测与评估中的应用与效果。该系统采用基于PZT压电陶瓷的机电导纳（EMA）方法，通过无线导纳监测系统（WiAMS）采集PZT传感器的电压信号。在单调加载和循环往复加载条件下对大尺度梁进行了试验，在钢筋表面和梁外混凝土面上用环氧树脂粘贴小型PZT贴片，用于诊断钢筋屈服和混凝土开裂引起的损伤。通过远程终端控制SHM设备，在试验过程中不同加载水平下对PZT传感器进行激励并同步测量其电压响应信号。PZT输出电压频率响应曲线通过无线实时传输。基于PZT传感器信号计算统计指标值，以表征梁健康状态下的基准响应与各加载/损伤水平下响应的差异。同时进行了有限元建模（FEM）仿真分析，获得了内部裂纹、钢筋应变、能量耗散和失稳参数等数值结果。有限元分析用于验证试验结果并支持目视观测，以实现更精确的损伤评估。研究结果表明，采用两种不同PZT传感器配置的所提SHM系统能够有效用于单调加载和循环加载条件下钢筋混凝土梁混凝土开裂和钢筋屈服引起的结构损伤评估。

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