基于导波的CFRP板-混凝土界面粘接性能评估方法.pdfVIP

摘要

桥梁作为交通基础设施的关键组成部分，其安全性和耐久性问题在全球

范围内都备受关注。长期服役的桥梁结构大多面临着老化和病害等问题，迫

切需要进行加固改造。对于量大面广的混凝土桥梁，碳纤维增强复合材料

（CarbonFiberReinforcedPolymers，CFRP）加固法得到了广泛的应用。CFRP

加固法将CFRP板通过粘合剂贴在混凝土表面，其效果主要取决于CFRP板

与混凝土的粘接质量。但由于粘接层的隐蔽性，界面的粘接性能受到各种复

杂因素的影响，通常难以评估，是需要解决的关键问题。

本文采用数值解析法和模态分析法，对CFRP板和CFRP板-混凝土界面

中导波的多模态和频散特性进行了研究，绘制了相应的频散曲线，为试验设

计，如激励频率的选择等，提供重要依据。同时，对导波在CFRP板-混凝土

界面中的传播进行了有限元模拟，通过位移云图，从微观角度研究了导波在

界面中的传播规律，不仅为试验设计提供依据，还为试验结果提供合理解释。

基于上述试验设计，进行了CFRP板-混凝土界面中导波的“单发单收”

试验。从时域和频域上对直接响应进行了分析，引入飞行时间法、边带峰值

法和小波包能量谱法，构造了基于直接响应的界面粘接性能指数，并讨论其

灵敏度。结果表明，不同方法适用于不同损伤程度的评估，基于边带峰值法

的界面粘接性能指数适用于小损伤评估，拟合程度达98%，而基于小波包能

量谱法的界面粘接性能指数评估效果更稳健，拟合程度达90%。

由于直接响应易受环境影响，且需要基准信号，难以在实际工程中应用，

因此，本文采用时间反转法进行试验与分析，构造了基于重构信号的相似性、

对称性和小波包能量谱的界面粘接性能指数。结果表明，该方法能够在无基

准条件下对CFRP板-混凝土的界面粘接性能做出评估。同时，对基于直接响

应和重构信号的评估方法进行了定性和定量比较，结果显示，综合来看，基

于重构信号的评估方法对界面粘接性能的评估效果更好，拟合程度达97.2%。

本研究提出的基于导波的CFRP板-混凝土界面粘接性能评估方法为桥

梁加固的质量评估提供了新思路，对桥梁结构安全性的提升具有重要意义。

关键词：导波；CFRP板-混凝土界面；时间飞行法；边带峰值法；小波包能

量谱法；时间反转法

Abstract

Asakeycomponentoftransportationinfrastructure,thesafetyanddurability

ofBridgeshaveattractedworldwideattention.Mostofthebridgestructuresthat

havebeeninserviceforalongtimearefacingtheproblemsofaginganddisease,

soitisurgenttostrengthenandtransformthem.CarbonFiberReinforced

Polymers(CFRP)reinforcementmethodhasbeenwidelyusedforconcrete

Bridgeswithlargevolumeandwidesurface.TheCFRPreinforcementmethodis

usedtopastetheCFRPplateonthesurfaceoftheconcretethroughtheadhesive,

anditseffectmainlydependsonthebondingqualityoftheCFRPplateandthe

concrete.However,duetothehiddennatureofthebondinglayer,thebonding

performanceoftheinterfaceisaffectedbyvariouscomplexfactors,whichis

usuall