左春愿，馮 新，周 晶

(大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部，遼寧 大連 116024)

文章的第一部分概述了機(jī)電阻抗(EMI)技術(shù)的基本原理，建立了埋入型PZT的三維等效機(jī)電阻抗模型，并推導(dǎo)了PZT與結(jié)構(gòu)耦合的電導(dǎo)納方程?；诘谝徊糠滞茖?dǎo)的耦合電導(dǎo)納方程，本文提出了應(yīng)用EMI技術(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)固有屬性的改進(jìn)方法。該方法從實(shí)測(cè)的耦合電導(dǎo)納信號(hào)中獲取結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納，利用獲取的結(jié)構(gòu)機(jī)械導(dǎo)納曲線，來監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)固有屬性。基于改進(jìn)的EMI技術(shù)，本文對(duì)埋入有PZT傳感器的早齡期混凝土梁的固有屬性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。

早齡期混凝土結(jié)構(gòu)性能的發(fā)展和變化對(duì)于其后期的服役性能有著重要的影響。如果能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)和掌握混凝土結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，將有利于采取適當(dāng)措施進(jìn)一步提高混凝土的性能。當(dāng)前存在一些無損檢測(cè)法來評(píng)判早齡期混凝土結(jié)構(gòu)特征，如回彈法、超聲波法、鉆心法等，這些方法各有其局限性。如回彈法只能測(cè)得混凝土表層的質(zhì)量情況，內(nèi)部情況卻無法得知;隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，超聲波脈沖傳播速度越來越不靈敏。另外，這些方法無法實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。EMI技術(shù)能夠避免這些局限，可實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土內(nèi)部固有屬性的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)［1］。

近年來，許多學(xué)者開始研究利用EMI技術(shù)監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的可行性。Tseng等［2－4］的研究結(jié)果證實(shí)了利用EMI技術(shù)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別的可行性和有效性。Shin等［5］利用EMI技術(shù)監(jiān)測(cè)早齡期混凝土圓柱體試塊強(qiáng)度增長(zhǎng)情況，驗(yàn)證了EMI技術(shù)是一種實(shí)用可靠的無損檢測(cè)方法。蔡金標(biāo)等［1］采用在混凝土試塊表面粘貼和體內(nèi)埋置兩種不同的壓電片安裝方法，基于EMI技術(shù)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的發(fā)展進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用EMI技術(shù)監(jiān)測(cè)早齡期混凝土在硬化過程中強(qiáng)度的發(fā)展是可行的。已有的EMI技術(shù)，利用原始電信號(hào)反映結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)阻抗信息的變化，達(dá)到監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的目的。由于原始電信號(hào)中包含有PZT的貢獻(xiàn)，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生消極影響，而結(jié)構(gòu)機(jī)械導(dǎo)納則直接反映結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。因此，采用結(jié)構(gòu)機(jī)械導(dǎo)納監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)將更加敏感有效。

本文采用改進(jìn)的EMI技術(shù)，監(jiān)測(cè)早齡期混凝土梁固有屬性的發(fā)展。試驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納曲線的發(fā)展規(guī)律反映了早齡期混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和動(dòng)彈性模量的發(fā)展趨勢(shì)。通過引入RMSD指數(shù)與CC指數(shù)，反映了結(jié)構(gòu)固有屬性的變化程度。這說明了采用結(jié)構(gòu)機(jī)械導(dǎo)納來監(jiān)測(cè)早齡期混凝土固有屬性是可行的，比原始電信號(hào)更加靈敏有效。

1 結(jié)構(gòu)機(jī)械阻抗與導(dǎo)納

通過本文第一部分的分析推導(dǎo)，得到了PZT的耦合電導(dǎo)納方程。方程中包含PZT等效機(jī)械阻抗Za，eff和結(jié)構(gòu)等效機(jī)械阻抗Zs，eff。進(jìn)一步深入分析，從實(shí)測(cè)的耦合電導(dǎo)納信號(hào)中能夠獲取結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納。利用獲取的結(jié)構(gòu)機(jī)械導(dǎo)納曲線，完成對(duì)結(jié)構(gòu)固有屬性的監(jiān)測(cè)。

1.1 耦合機(jī)電導(dǎo)納分析

由本文第一部分的PZT與結(jié)構(gòu)耦合的電導(dǎo)納方程式(28)，通過代數(shù)運(yùn)算可以簡(jiǎn)化改寫為:

式(2)中，第一部分表示PZT的貢獻(xiàn)，主要與PZT參數(shù)有關(guān)，由于對(duì)結(jié)構(gòu)屬性變化不敏感，被看作是被動(dòng)部分;第二部分表示PZT與結(jié)構(gòu)耦合的貢獻(xiàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)的任何改變都敏感，被看作是主動(dòng)部分［6－7］。

原始電導(dǎo)納信號(hào)包含了被動(dòng)部分，影響了對(duì)結(jié)構(gòu)固有屬性變化的分析。由前文內(nèi)容，通過記錄未埋入結(jié)構(gòu)的PZT在自由狀態(tài)下的電導(dǎo)納值，可以預(yù)測(cè)出Gp，Bp的值。因此，推導(dǎo)出主動(dòng)部分的表達(dá)式Y(jié)A=－Yp，可以從原始信號(hào)中將主動(dòng)部分提取出來，表示為:

式中，G、B分別為試驗(yàn)測(cè)得的原始電導(dǎo)和電納。

文獻(xiàn)［7－8］中驗(yàn)證了在一維與二維情況下，消除被動(dòng)部分的耦合電導(dǎo)納對(duì)結(jié)構(gòu)固有屬性的變化更加敏感。這同樣適用于本文三維狀態(tài)的PZT與結(jié)構(gòu)相互作用中。從電導(dǎo)納主動(dòng)部分中提取結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納直接反映了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。因此，結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納對(duì)結(jié)構(gòu)固有屬性的改變比原始電導(dǎo)納信號(hào)更靈敏。

1.2 結(jié)構(gòu)等效機(jī)械阻抗的提取

由上述內(nèi)容可知，電導(dǎo)納信號(hào)的主動(dòng)部分來自PZT與結(jié)構(gòu)耦合的貢獻(xiàn)，電導(dǎo)納信號(hào)的被動(dòng)部分只與PZT自身有關(guān)。那么，結(jié)構(gòu)等效機(jī)械阻抗和機(jī)械導(dǎo)納需要從電導(dǎo)納信號(hào)的主動(dòng)部分中獲取。將下列表達(dá)式Zs，eff=x+y·j，Za，eff=xa+ya·j，T=M+N·j，代入式(4)中，可以得到:

式中，xa，ya可以由本文第一部分中的式(24)得到，是由PZT的參數(shù)決定的。

另外，機(jī)械導(dǎo)納為機(jī)械阻抗的倒數(shù)，那么可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)的機(jī)械導(dǎo)納表示式為:

進(jìn)一步推導(dǎo)得到，結(jié)構(gòu)的機(jī)械導(dǎo)納的實(shí)部與虛部表達(dá)式為:

式(9)、(11)分別表示從實(shí)測(cè)的耦合電導(dǎo)納信號(hào)中提取出的結(jié)構(gòu)機(jī)械阻抗和機(jī)械導(dǎo)納。結(jié)構(gòu)固有屬性發(fā)生變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)變化，利用提取出的結(jié)構(gòu)機(jī)械導(dǎo)納可以監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)固有屬性。

2 試驗(yàn)步驟

本文利用改進(jìn)的EMI技術(shù)，對(duì)埋入有PZT傳感器的混凝土梁在早期養(yǎng)護(hù)過程中結(jié)構(gòu)固有屬性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。首先，利用Agilent4294A精密阻抗分析儀采集PZT與結(jié)構(gòu)耦合的電導(dǎo)納信號(hào);然后，通過分析得到了結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間變化規(guī)律。利用結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納曲線，來監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)固有屬性。

2.1 試驗(yàn)裝置

在試驗(yàn)中，圓形PZT片表面涂抹極薄的環(huán)氧材料作為防水層，并將其埋入處于養(yǎng)護(hù)階段(室內(nèi)養(yǎng)護(hù))的混凝土構(gòu)件中，混凝土構(gòu)件尺寸為10 mm×10 mm×50 mm，構(gòu)件處于自由狀態(tài)。PZT片的直徑為20 mm，厚度為2 mm，材料主要參數(shù)如表1所示。所用儀器是美國安捷倫(Agilent)公司生產(chǎn)的Agilent4294A精密阻抗分析儀以及配套的16047A夾具。Agilent4294A的基本參數(shù)如表2所示。

圖1 試驗(yàn)裝置Fig.1 The experiment system

表1 PZT片的主要參數(shù)Tab.1 Properties of PZT patch

表2 Agilent4294A精密阻抗分析儀基本參數(shù)Tab.2 Basic parameters of Agilent4294A precision impedance analyzer

試驗(yàn)中，通過16047A夾具將Agilent4294A與被測(cè)試的PZT連接，利用Agilent4294A對(duì)PZT施加高頻電壓激勵(lì)，使PZT與基體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生耦合振動(dòng)響應(yīng)。這一耦合振動(dòng)響應(yīng)使 PZT產(chǎn)生電信號(hào)，并返回到 Agilent4294A中，通過Agilent4294A內(nèi)置軟件的計(jì)算可得到PZT與基體結(jié)構(gòu)耦合電導(dǎo)納信號(hào)。通過GPIB接口連接Agilent4294A與計(jì)算機(jī)，并利用IBASIC編程讀取Agilent4294A中所測(cè)數(shù)據(jù)到Excel中，儀器安裝如圖1所示。

通過對(duì)埋入混凝土構(gòu)件中的PZT施加高頻激勵(lì)，然后采集在混凝土構(gòu)件早期養(yǎng)護(hù)階段PZT與結(jié)構(gòu)的耦合電導(dǎo)納信號(hào)。試驗(yàn)中，進(jìn)行了6次數(shù)據(jù)采集，對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為 1d、2d、3d、4d、5d、7d。對(duì)采集的電導(dǎo)納信號(hào)進(jìn)行分析處理，提取出結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納。

2.2 確定PZT相關(guān)參數(shù)

對(duì)試驗(yàn)中采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理后，可得到結(jié)構(gòu)等效機(jī)械阻抗或機(jī)械導(dǎo)納。由前文分析可知，信號(hào)處理過程中需要得到PZT的相關(guān)參數(shù)。受生產(chǎn)工藝以及PZT與導(dǎo)線焊接過程中高溫的影響，生產(chǎn)廠家提供的部分PZT參數(shù)并不可靠。利用實(shí)測(cè)的耦合電導(dǎo)納信號(hào)，通過自由PZT電導(dǎo)納方程式，來計(jì)算出更精確的PZT相關(guān)參數(shù)值。

由本文第一部分的分析內(nèi)容，可得到自由PZT的電導(dǎo)Gf與電納Bf表達(dá)式為:

當(dāng)處于非常低的頻率范圍(小于PZT第一個(gè)共振頻率的1/5)時(shí)，(κ1R·J0(κ1R))/J1(κ1R)=r+t·j→2，(κ2h)/tan(κ2h)=r'+t'j→1，那么，可以得到 r→2，t→0，r'→1，t'→0，即 M→2，N→0，可以近似認(rèn)為 PZT 處于準(zhǔn)靜態(tài)［9－10］。

基于上述分析內(nèi)容，可將式(12)簡(jiǎn)化計(jì)算得到:

其中，Gf，qs，Bf，qs分別為準(zhǔn)靜態(tài)時(shí)實(shí)測(cè)的自由狀態(tài)下 PZT電導(dǎo)與電納，通過對(duì)0－10 kHz頻率范圍內(nèi)自由狀態(tài)下PZT進(jìn)行實(shí)測(cè)得到，如圖2所示。

利用代數(shù)計(jì)算，可將式(13)改寫為:

圖2 準(zhǔn)靜態(tài)時(shí)實(shí)測(cè)的自由狀態(tài)下PZT的電導(dǎo)納Fig.2 Electromechanical admittance of PZT under free quasistatic condition

圖3 自由PZT電導(dǎo)納信號(hào)實(shí)測(cè)值與理論值Fig.3 Comparison between experimental and theoretical signals of PZT patch under free condition

圖4 自由PZT的電導(dǎo)納信號(hào)實(shí)測(cè)值與改進(jìn)理論值Fig.4 Comparison between experimental and modified theoretical signals of PZT patch under free condition

由式(14)可知，常數(shù) δ，可以看作是 Gf，qs，Bf，qs關(guān)于頻率圖的斜率。本文所采用PZT的參數(shù)如表1所示。圖2所展示的是PZT在0－10 kHz頻率下電導(dǎo)納值。通過圖形計(jì)算可以得到δ分別為 0.009 6，1.4×10－8F/m。已知PZT的參數(shù)δ和，通過式(12)可以計(jì)算得到自由狀態(tài)下頻率范圍為20－220 kHz時(shí)PZT的電導(dǎo)納信號(hào)，并與試驗(yàn)中實(shí)測(cè)得自由狀態(tài)下頻率范圍為20－220 kHz時(shí)PZT的電導(dǎo)納信號(hào)作對(duì)比，如圖3所示。通過圖示中對(duì)比發(fā)現(xiàn)，自由PZT電導(dǎo)納信號(hào)實(shí)測(cè)值與理論值曲線形狀與趨勢(shì)相似，理論值的幅值略高于實(shí)測(cè)值的幅值，另外理論值的共振頻率略大于實(shí)測(cè)值。

為了使理論結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果更為吻合，在(κ1R·J0(κ1R))/J1(κ1R)，(κ2h)/tan(κ2h)中引入修正常數(shù)C1，C2，即(C1κ1R·J0(C1κ1R))/J1(C1κ1R)，(C2κ2h)/tan(C2κ2h)，來達(dá)到改進(jìn)模型的目的。圖4顯示的是，當(dāng)常數(shù)為C1=1.023，C2=0.98時(shí)，自由 PZT電導(dǎo)納信號(hào)實(shí)測(cè)值與改進(jìn)后的理論值。從圖中可以看出，改進(jìn)后的共振頻率與實(shí)測(cè)值更加接近，幅值也接近。在實(shí)測(cè)出自由PZT電導(dǎo)納值(Gf，Bf)后，通過式(12)可以計(jì)算得到 η =0.021，K=(αβYE)/λ =7.63 × 10－9N·V－2。綜上所述，通過實(shí)測(cè)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了PZT的相關(guān)參數(shù)值，所得的數(shù)值更加貼近實(shí)際。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)中，采集了在不同工況下的耦合電導(dǎo)納信號(hào)。利用式(11)從采集的電導(dǎo)納信號(hào)中提取出結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納，并繪制出其隨頻率變化曲線，如圖5所示。從結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納實(shí)頻曲線Gs和虛頻曲線Bs中可以看出，隨著混凝土試件養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，實(shí)頻曲線Gs和虛頻曲線Bs都向右偏移，Gs和Bs幅值均出現(xiàn)不同程度的下降，且發(fā)展明顯減緩。這是由于隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間增長(zhǎng)，混凝土不斷固化，其強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致機(jī)械導(dǎo)納曲線向右偏移;混凝土剛度的增長(zhǎng)，對(duì)PZT的約束逐漸加大，導(dǎo)致導(dǎo)納幅值逐漸下降。這說明結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納曲線的發(fā)展規(guī)律反映了早齡期混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的發(fā)展趨勢(shì)。

圖5 結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納示意圖Fig.5 The effective structural mechanical admittance

通過文獻(xiàn)［11－12］中提供的數(shù)據(jù)，繪制出標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度和動(dòng)彈性模量隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間變化曲線，如圖6和圖7所示。從圖中看出，隨著混凝土齡期的不斷增長(zhǎng)，混凝土抗壓強(qiáng)度與動(dòng)彈性模量呈不斷增加的趨勢(shì)，且3d內(nèi)發(fā)展很快，4d，5d，7d稍微減緩。圖8直觀反映了Gs對(duì)應(yīng)的共振頻率ωn隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化規(guī)律。通過觀察圖6，圖7和圖8發(fā)現(xiàn)，這三條曲線有較好的一致性。這說明共振頻率ωn的變化規(guī)律可以反映出混凝土強(qiáng)度和動(dòng)彈性模量的變化規(guī)律。這說明了所得到的結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納曲線是準(zhǔn)確的，利用結(jié)構(gòu)機(jī)械導(dǎo)納來監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)固有屬性是可行的。

圖5中只描述了結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納隨頻率變化曲線，并不能直觀看出混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加的變化程度。為了直觀地描述結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間變化程度，本文選取以下兩個(gè)指標(biāo)作為結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)變化指數(shù)。

(1)均方根偏差(Root Mean Square Deviation)

式中:yi，分別表示養(yǎng)護(hù)時(shí)間為 2d、3d、4d、5d、7d 時(shí)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納向量及其轉(zhuǎn)置;yi，yiT分別表示養(yǎng)護(hù)時(shí)間為1d時(shí)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納向量及其轉(zhuǎn)置。

圖6 文獻(xiàn)［11］中混凝土強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間變化曲線Fig.6 The relationship between concrete strength and curing age in Literature 11

圖7 文獻(xiàn)［12］中動(dòng)彈性模量隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間變化曲線Fig.7 The relationship between concrete dynamic elastic modulus and curing age in Literature 12

圖8 共振頻率隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化曲線Fig.8 The relationship between resonant frequency and curing age

圖 9 所示為，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為 2d、3d、4d、5d、7d 與 1d相關(guān)的結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納(Gs，Bs)與實(shí)測(cè)耦合電導(dǎo)納(G，B)的RMSD指數(shù)和CC指數(shù)曲線。從圖中可以看出，與圖6和圖7中混凝土強(qiáng)度和動(dòng)彈性模量隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間變化曲線的發(fā)展趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增長(zhǎng)，對(duì)于結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納實(shí)部Gs與虛部Bs的RMSD指數(shù)逐漸增加，CC指數(shù)逐漸減小，且3d內(nèi)發(fā)展很快，4d，5d，7d稍微減緩。這說明當(dāng)RMSD指數(shù)增加和CC指數(shù)減小時(shí)，可以推測(cè)早齡期混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度和動(dòng)彈模的增長(zhǎng)趨勢(shì)和發(fā)展程度。

圖9中，將結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納(Gs，Bs)與實(shí)測(cè)電導(dǎo)納(G，B)的RMSD指數(shù)和CC指數(shù)作對(duì)比發(fā)現(xiàn):電導(dǎo)G與機(jī)械導(dǎo)納實(shí)部Gs的RMSD指數(shù)與CC指數(shù)曲線之間差值較小;電納B與機(jī)械導(dǎo)納虛部Bs的兩個(gè)指數(shù)曲線之間差值較大，且相鄰養(yǎng)護(hù)時(shí)間的差值Bs比B的大;結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納(Gs，Bs)的兩個(gè)指數(shù)值相接近。產(chǎn)生這一現(xiàn)象是由于結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納是從原始電導(dǎo)納主動(dòng)部分中獲取的，其消除了被動(dòng)部分對(duì)結(jié)果的消極影響。這使結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納的虛部Bs比原始電納信號(hào)B更加靈敏，與結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納的實(shí)部Gs的靈敏度相接近。由于結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納直接描述了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納比原始電導(dǎo)納更加真實(shí)可靠。由此可知，利用結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納來監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)固有屬性，比利用原始電導(dǎo)納更加敏感有效。

圖9 結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納與實(shí)測(cè)耦合電導(dǎo)納變化指數(shù)對(duì)比Fig.9 Comparison between the variability index of effective mechanical impedance and coupled electromechanical admittance

4 結(jié)論

基于本文第一部分推導(dǎo)的耦合電導(dǎo)納方程，文中提出了應(yīng)用EMI技術(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)固有屬性的改進(jìn)方法。該方法從實(shí)測(cè)的耦合電導(dǎo)納信號(hào)中獲取結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納。利用獲取的結(jié)構(gòu)機(jī)械導(dǎo)納曲線，來監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)固有屬性。本文對(duì)埋入有PZT傳感器的混凝土梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到了結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納曲線的發(fā)展規(guī)律反映了早齡期混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和動(dòng)彈性模量的發(fā)展趨勢(shì)，驗(yàn)證了采用結(jié)構(gòu)機(jī)械導(dǎo)納監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)固有屬性的可行性。通過引入RMSD指數(shù)與CC指數(shù)，反映了結(jié)構(gòu)固有屬性的變化程度。由于結(jié)構(gòu)等效機(jī)械導(dǎo)納是從原始電導(dǎo)納主動(dòng)部分中獲取的，其消除了被動(dòng)部分的影響，直接描述了結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。因此，采用改進(jìn)的EMI技術(shù)比利用原始電導(dǎo)納信號(hào)來監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)健康狀況更加真實(shí)有效。

［1］蔡金標(biāo)，吳濤，陳勇.基于壓電阻抗技術(shù)監(jiān)測(cè)混凝土強(qiáng)度發(fā)展的實(shí)驗(yàn)研究［J］.振動(dòng)與沖擊，2013，32(2):124－128.CAI Jin-biao，WU Tao，CHEN Yong.Tests for monitoring strength development of concrete based on EMI technique［J］.Journal of Vibration and Shock，2013，32(2):124－128.

［2］Tseng K K，Wang L S.Smart piezoelectric tranducers for in situ health monitoring of concrete［J］.Smart Material and Structures，2004，13(5):1017 －1024.

［3］朱宏平，王丹生，張俊兵.基于壓電阻抗技術(shù)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別基本理論及其應(yīng)用［J］.工程力學(xué)，2008，25(SⅡ):34－43.ZHU Hong-ping， WANG Dan-sheng， ZHANG Jun-bing.Theory and application of structure damage detection based on piezoelectric impedance technique ［J］. Engineering Mechanics，2008，25(SⅡ):34－43.

［4］ Ayres J W，Lalande F，Chaudhry Z，et al.Qualitative impedance-based health monitoring of civil infrastructures［J］.Smart Material and Structure，1998，7(5):599 －605.

［5］Shin SW，Qureshi A R，Lee JY，et al.Piezoelectric sensor based nondestructive active monitoring of strength gain in concrete［J］.Smart Material and Structures，2008，17(5):1－8.

［6］Bhalla S，Soh C K.Structural health monitoring by piezoimpedance transducers. Ⅰ:Modeling ［J］.Journal of Aerospace Engineering，2004，17(4):154－165.

［7］Bhalla S，Soh C K.Structural health monitoring by piezoimpedance transducers.Ⅱ:Applications［J］.Journal of Aerospace Engineering，2004，17(4):166－175.

［8］Bhalla S，Soh C K.Structural impedance based damage diagnosis by piezo-transducers［J］.Earthquake Engineering and Structural Dynamics，2003，32(12):1897 －1916.

［9］Liang C，Sun F P，Rogers C A.Coupled electro-mechanical analysis of adaptive material systems-determination of the actuator power consumption and system energy transfer［J］.Journal of Intelligent Material Systems and Structures，1994，5(1):12－20.

［10］ Giurgiutiu V， Zagrai A N. Embedded self-sensing piezoelectric active sensors of on-line structural identification［J］.Journal of Vibration and Acoustics，2002，124(1):116－125.

［11］丁沙，水中和，袁新順.無損檢測(cè)法評(píng)判早齡期混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的研究［J］.混凝土，2010，6:12－15.DING Sha，SHUI Zhong-he，YUAN Xin-shun.Study on the characteristics of the internal structure of early age concrete using non-destructive testing method ［J］.Concrete，2010，6:12－15.

［12］楊少偉，楊英姿，鄧紅衛(wèi)，等.負(fù)溫混凝土早期結(jié)構(gòu)損傷程度研究［J］.混凝土，2004，7:12－15.YANG Shao-wei，YANG Ying-zi，DENG Hong-wei，et al.Early demage degree of construction in minus temperature concrete［J］.Concrete，2004，7:12－15.