震后钢管混凝土结构损伤识别现状及展望

震 后 钢 管 混 凝 土 结构 损 伤 识 别 现 状 及 展 望
许 成 祥 ，徐 晶 金 ，倪 铁 权 （ 长江大学城市建设学院， 湖北 荆州４ ３ ４ ０ ２ ３ ）
［ 摘 要 ］ 介 绍 了钢 管 混 凝 土 结构 损 伤 识 别 的 研 究 现状 ，对 现 有 文 献 中 的损 伤 识 别 方 法 进 行 了评 述 ，并 对 该 领
１ 钢管混凝土 结构损伤 识别研究现状
对 工程 结构 进行 损 伤识别 研究 可 以分 为 ３个 阶段 ：①２ Ｏ 世纪 ５ Ｏ年代 前 ，为 探 索 阶段 ，主 要 通过 目 测来 判 断钢 管 混凝 土 结 构 缺 陷产 生 的原 因并 提 出相应 维 修 方法 ；② ２ ０世 纪 ６ Ｏ年 代 至 ７ Ｏ年 代 ，该 阶段
域 在理 论和 实 际应 用 中存在 的 问题 进 行 了讨论 ，最 后 指 出 了震 后 钢 管 混凝 土 结构 损 伤 识别 研 究 的发 展 方 向。
［ 关键 词］钢管混凝土 ；结构损伤 ；识别
［ 中 图分 类 号 ］ＴＵ３ ９ ８ ［ 文献标志码］Ａ ［ 文章 编 号 ］ １ ６ ７ ３ —１ ４ ０ ９（ ２ ０ １ ３ ）１ ３一 Ｏ １ １ ７ 一Ｏ ２
2012年许斌等8设计制作了一个局部区域存在模拟界面剥离损伤的矩形钢管混凝土柱将压电陶瓷片用水泥砂浆封装制成驱动器并预埋入钢管混凝土柱混凝土内部在信号源产生的正弦扫频电压信号的作用下产生激励信号同时在钢管外壁不同区域粘贴压电陶瓷片作为传感器测量具有模拟剥离损伤的钢管混凝土柱4个监测面上压电陶瓷片传感器的输出电压再分别对位于完好界面和模拟剥离损伤区域压电传感器输出信号进行了小波包总能量和小波包能量谱分析
的低 周疲 劳 损伤 问题 ，并 进一 步考 虑 了地震 作用 下 的损 伤 情 况 ，为此 在 双 参数 积 损 伤模 型 的基 础上 ，
通 过 修改 耗 能 因子 ，使其 损伤 模 型适 用 于 钢 管 混凝 土 结 构 。１ ９ ９ ７年 ，潘 绍 伟等 Ｌ ３ 提 出对 钢 管 混 凝 土拱
长 江大学学报 （ 自科版 ） ２ ０ １ ３ 年５ 月号理工上旬刊 第 １ ０ 卷 第１ ３ 期 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ Ｓ ｃ ｉ Ｅ ｄ ｉ ｔ ） Ｍａ ｙ ２ ０ １ ３ ，Ｖ ｏ １ ． １ ０ Ｎ ｏ ． １ ３
的技 术 。２ ０ ０ ３ 年 ，黄新 国 基 于 波 的绕射 理 论 ，提 出 了钢 管混 凝 土 表 面 波检 测 的新 技 术 。通 过 钢 管混 凝 土 柱 的模 型试验 ，证 实 了该 方法 的可 行 性 。２ ０ ０ ６年 ，周 先 雁 等 提 出利 用 超声 波 法 和 冲 击 回波 法检 测 钢 管混 凝 土质量 是 可行 的的 方 法 。２ ０ ０ ７年 ，郭 蓉 等ｌ ＿ ７ 通 过分 析 方 钢 管混 凝 上 柱 在低 周 反 复 荷 载作 用 下 的情况 ，获得 了各 构件破 坏 时 的累积 滞 回耗 能 ，并 通过 回归分析 得 到 了适 合 方钢 管混凝 上柱 的双参数 损 伤模 型 。２ ０ １ ２年 ，许斌 等 ｌ ＿ ８ 设计 制作 了一 个 局 部 区域 存 在 模 拟 界 面剥 离 损 伤 的矩 形 钢 管 混 凝 土 柱 ， 将 压 电 陶瓷 片用水 泥砂 浆封 装制 成驱 动 器并 预埋 入钢 管混 凝土 柱混 凝 土 内部 ，在 信号 源产 生 的正 弦扫频 电压 信号 的作 用下 产 生激励 信 号 ，同时 在钢 管外 壁不 同区域粘 贴压 电陶瓷 片作 为传感 器 ，测量 具 有模拟
剥 离损 伤 的钢 管混 凝 土柱 ４个 监测 面上 压 电陶瓷 片传 感器 的输 出电压 ，再分 别对 位 于完好 界 面和模 拟剥
离 损 伤 区域 压 电传 感器 输 出信 号进行 了小波 包总 能量 和小 波包 能量 谱分 析 。分析 表 明 ，剥 离 区域 的小波
注重 检测 与 评估 方法 的研 究 ，提 出 了破 损 检测 、无 损检 测 、物理 检测 等检 测方 法 以及分 项评 价 、模糊 评
价 等评 价方 法 ；③２ ０世 纪 ８ Ｏ年 代至 今 为完善 阶段 ，研 究 并制定 了一 系列 规范 和 标 准 。随着 钢 管混 凝 土 结构 在 建筑 工程 领域 的 大规模 应用 ，更 加 注重 钢管 混凝 土结 构损 伤诊 断 的研究 。 １ ９ ８ ４年 ，同济 大学 材料 系 ［ 】 ］ 针对 钢管 混 凝 土 质量 和 强 度 检测 问题 ，采 用 超 声 脉 冲方 法 进 行 了系 统 的探 测研 究 ，最终 确 立 了超声 法 检 测 混凝 土缺 陷技 术 规 程 （ Ｃ Ｅ Ｃ Ｓ ２ １ ：２ ０ ０ ０ ） 。１ ９ ９ ６年 ，邱法 维 等ｌ ＿ ２ 研 究 了钢 管混 凝土 柱在 水平 载荷 作用 下 的累 积滞 回耗 能 问题 ，采用 等价 滞 回圈数 的概 念分 析 了钢管 混凝 土
对 于地 震 后生命 线 工程 的结 构损 伤状 况进 行识 别 并进行 评估 ，然 后 根据评 估 结果 给 出土木工 程结 构 应 急修 复处 理 或恢 复重 建加 固方 案 ，是 当前 抗 震 救 灾 研 究 领 域 的热 点 问题 。损 伤 识 别 技 术 以其 经济 实 用 、能够宏 观 反映 结构 性能 、可 以探 测结 构 隐蔽部 位 缺陷 等优 点在 土木 工程领 域得 到广 泛应 用 。钢 管混 凝 土结 构 因其具 有 良好 的力 学性 能 和施 工 性 能 ，被 广 泛 使 用 于 高层 建筑 和大 跨 度 等 大 型 复杂 结 构 体 系 中 。因此 ，开 展钢管 混 凝土 结构 的地 震损 伤分 析 与损 伤识别 方法 研究 ，对损 伤状 态作 出快 速评估 、标 识 损 伤位 置 和损 伤程度 、评判其 是 否 “ 可修 ” 、是否 需要 加 固和可 否继 续使 用具 有重 要意 义 。
桥 内混凝 土质 量采 用 低频超 声 波检 测 的技术 ，并 根据 声速 、波幅 和波形 以及 脉 冲 回响等超 声参 量进 行综 合评 价 。２ ０ ０ ３年 ，姜绍 飞 等ｌ ＿ ４ 基 于钢 管 混凝 土硬 化 机 理 ，提 出了钢 管 混 凝 土 （ 结 构 ）健 康 监 测 与 检测