剪应力压电智能骨料标定方法研究

侯爽; 杨树森; 冷志鹏

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20210126004

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剪应力压电智能骨料标定方法研究

论文 | 更新时间：2025-09-25

- 剪应力压电智能骨料标定方法研究
- A Calibration Method of Shear Stress Piezoelectric Smart Aggregate
- 防灾减灾工程学报 2022年42卷第4期页码：844-849
- 作者机构：
  
  1.华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510641
  2.宁波杉工智能安全科技股份有限公司，浙江宁波 315153
- 作者简介：
  
  侯爽（1977—），男，教授，博士。主要从事钢筋混凝土结构地震损伤监测及钢筋混凝土结构非线性分析与建模研究。E‑mail: cthous@scut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(51978284);宁波市海曙区科技计划项目(201804F027)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20210126004
  中图分类号： TU375.3
- 收稿：2021-01-26，
  
  修回：2021-03-02，
  
  纸质出版：2022-08-28
- 稿件说明：
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侯爽,杨树森,冷志鹏.剪应力压电智能骨料标定方法研究[J].防灾减灾工程学报,2022,42(04):844-849.

HOU Shuang,YANG Shusen,LENG Zhipeng.A Calibration Method of Shear Stress Piezoelectric Smart Aggregate[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(04):844-849.
侯爽,杨树森,冷志鹏.剪应力压电智能骨料标定方法研究[J].防灾减灾工程学报,2022,42(04):844-849. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20210126004.

HOU Shuang,YANG Shusen,LENG Zhipeng.A Calibration Method of Shear Stress Piezoelectric Smart Aggregate[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(04):844-849. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20210126004.

摘要

剪切破坏是混凝土结构主要的破坏形式之一，震害较为严重，且难以通过构造措施完全避免。混凝土结构缺少直接、可靠的剪应力监测方法。基于剪应力压电陶瓷的压电智能骨料标定方法尚不成熟。为此，提出了利用混凝土深梁的压电智能骨料标定剪应力场设计方法。将混凝土三点加载深梁加载点与支座连线中点处的剪应力场作为标定区域。首先，建立了二维有限元模型，分析了深梁截面高度和监测区域尺寸对剪应力场均匀性的影响，确定了深梁试件尺寸及监测区域尺寸；其次，研究了梁底配筋与开裂荷载、剪应力幅值及混凝土最大压应变之间的关系，提出了梁底不开裂条件下监测区域达到较高剪应力水平的深梁试件合理配筋方案；最后，在设计的深梁上进行了标定试验，共布置了16个剪应力压电智能骨料，通过应变花获取监测区域平均剪应变，确定了剪应力压电智能骨料灵敏度的概率统计参数，验证了用于标定的剪应力场设计方法的可靠性。研究表明，设计的剪应力场应力均匀、应力水平较高、不受混凝土开裂的影响，标定试验结果可靠，灵敏度系数可直接应用。

Abstract

Shear failure is one of the main failure modes for concrete structures under seismic load. Shear failure damage is usually severe and is hard to completely avoid through structural design measures. At present， there is a lack of direct and reliable shear stress monitoring methods. The piezoelectric smart aggregate （SA for abbreviation） for shear stress monitoring lacks an appropriate calibration method. Therefore， a stress field calibration technique is proposed by using SA sensors in a three-point loading concrete deep beam. Firstly， the effect of cross-section height and monitoring area size on the uniformity of the stress field is analyzed through finite element analysis， and the dimension of the deep beam and the monitored area are determined. Secondly， the relationship between the reinforcement and the cracking load of the deep beam as well as the correlation between the related shear stress and compression strain is studied. A reasonable reinforcement layout of the deep beam is proposed to assure no crack occurs at the beam bottom at a higher shear stress level. At last， the shear stress calibration test is carried out on the designed concrete deep beam with a total of 16 SAs. The shear strain of the monitored area is obtained through the strain rosette. The probability statistical parameters of the shear stress sensitivity of SA are determined and the reliability of the shear stress field design method for SA calibration is verified. The results show that the designed shear stress field is not affected by concrete cracking with uniform and relatively high shear stress. The calibration test results are reliable， and the sensitivity coefficient can be applied directly.

关键词

Keywords

references

尹银，周俊山 . 地震对人类影响及应对的研究综述［J］. 灾害学， 2011 ， 26 （ 1 ）： 118 - 122 .

Yin Y ， Zhou J S . Summary of impact and response of earthquakes on human ［J］. Journal of Catastrophology ， 2011 ， 26 （ 1 ）： 118 - 122 . （in Chinese）

清华大学土木工程结构专家组，西南交通大学土木工程结构专家组，北京交通大学土木工程结构专家组，等 . 汶川地震建筑震害分析［J］. 建筑结构学报， 2008 ， 29 （ 4 ）： 1 - 9 .

Civil and Structural Groups of Tsinghua University ， Southwest Jiaotong University and Beijing Jiaotong university . Analysis on seismic damage of buildings in the Wenchuan earthquake ［J］. Journal of Building Structures ， 2008 ， 29 （ 4 ）： 1 - 9 . （in Chinese）

中日联合考察团，周福霖，崔鸿超，等 . 东日本大地震灾害考察报告［J］. 建筑结构， 2012 ， 42 （ 4 ）： 1 - 20 .

China and Japan Delegation ， Zhou F L ， Cui H C ， et al . Inspection report of the disaster of the East Japan earthquake by Sino-Japanese joint mission ［J］. Building Structure ， 2012 ， 42 （ 4 ）： 1 - 20 . （in Chinese）

Farrar C R ， Baker W E . Measuring the stiffness of concrete shear walls during dynamic tests ［J］. Experimental Mechanics ， 1992 ， 32 （ 2 ）： 179 - 183 .

Hegger J ， Sherif A ， Gortz S . Investigation of pre-and postcracking shear behavior of prestressed concrete beams using innovative measuring techniques ［J］. ACI Structural Journal ， 2004 ， 101 （ 2 ）： 183 - 192 .

Prem P R ， Murthy A R . Acoustic emission monitoring of reinforced concrete beams subjected to four-point-bending ［J］. Applied Acoustics ， 2017 ， 117 ： 28 - 38 .

Liu S ， Wu C ， Zhou J ， et al . Relation between the shear stress distribution and the resulting acoustic emission variation in concrete beams ［J］. Structural Control and Health Monitoring ， 2020 ，doi.org/10.1002/stc.2528.

Wang G ， Yang C ， Pan Y ， et al . Shear behaviors of RC beams externally strengthened with engineered cementitious composite layers ［J］. Materials ， 2019 ， 12 （ 13 ）： 2163 .

Rodriguez G ， Casas J R ， Villalba S . Shear crack pattern identification in concrete elements via distributed optical fibre grid ［J］. Structure and Infrastructure Engineering ， 2019 ， 15 （ 12 ）： 1630 - 1648 .

Song G ， Gu H ， Mo Y L ， et al . Concrete structural health monitoring using embedded piezoceramic transducers ［J］. Smart Materials and Structures ， 2007 ， 16 （ 4 ）： 959 - 968 .

Song G ， Olmi C ， Gu H . An overheight vehicle–bridge collision monitoring system using piezoelectric transducers ［J］. Smart Materials and Structures ， 2007 ， 16 （ 2 ）： 462 - 468 .

Yang X ， Li Z . Application of cement-based piezoelectric sensing system to concrete structure ［J］. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration ， 2012 ， 32 （ 5 ）： 111 - 118 .

Gao W ， Li H ， Ho S . A novel embeddable tubular piezoceramics-based smart aggregate for damage detection in two-dimensional concrete structures ［J］. Sensors ， 2019 ， 19 （ 7 ）： 1501 .

Hou S ， Zhang H B ， Ou J P . A PZT-based smart aggregate for seismic shear stress monitoring ［J］. Smart Materials and Structures ， 2013 ， 22 （ 6 ）： 65012 .

侯爽，孔志豪 . 剪应力监测压电智能骨料的标定试验［J］. 结构工程师， 2018 ， 34 （增1 ）： 102 - 108 .

Hou S ， Kong Z H . Calibration experiment of shear stress smart aggregate ［J］. Structural Engineers ， 2018 ， 34 （ Sup1 ）： 102 - 108 . （ in Chinese）

混凝土结构设计规范： GB 50010—2010 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2010 .

施士昇 . 混凝土的抗剪强度、剪切模量和弹性模量［J］. 土木工程学报， 1999 （ 2 ）： 47 - 52 .

Shi S S . Shear strength， shear modulus and elastic modulus of concrete ［J］. China Civil Engineering Journal ， 1999 （ 2 ）： 47 - 52 . （in Chinese）

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