拉挤型GFRP管混凝土方钢管双壁空心组合柱损伤实时监测技术学习体会

文献概况与研究背景

本文出自《西北工程技术学报（中英文）》2025年第24卷第4期，由宁夏大学土木与水利工程学院王玉琦等四位作者联合完成，研究得到了国家自然科学基金项目（52168025）等多项基金支持。该研究聚焦于拉挤型GFRP管-混凝土-方钢管双壁空心组合柱夹层混凝土的内部损伤实时监测问题，采用压电陶瓷主动传感技术，结合小波包能量分析、信号幅值分析及时短傅里叶变换（STFT）等多种信号处理方法，建立了信号幅值与荷载之间的指数函数变化关系，为该类组合结构的健康监测提供了新的技术路径。

核心观点与技术路线解读

该文献的核心创新在于将压电智能骨料（Smart Aggregate, SA）预埋技术引入双壁空心组合柱的夹层混凝土内部，实现了对不可见区域损伤的实时感知。这一思路在钢管混凝土结构健康监测领域具有重要意义，因为夹层混凝土在双壁结构中处于"盲区"状态，传统的表面无损检测方法（如超声、磁粉、渗透等）难以有效覆盖。

从技术路线来看，作者采用了"主动传感-信号采集-多方法分析-量化评价"的完整链条。压电陶瓷主动传感技术的原理是利用压电效应，在智能骨料之间施加电信号激发应力波，接收端骨料将接收到的应力波信号转换为电信号，通过分析信号特征的变化来反演结构内部损伤状态。这一方法与传统的被动式监测（如光纤光栅、振弦传感器）相比，具有主动激励、信号质量更稳定、抗干扰能力更强等优势。

关键技术参数与分析方法

文献采用了四种信号分析方法进行损伤量化评价，各方法的特点如下表所示：

工程实践思考与启示

从钢管制造与结构工程实践的角度来看，这一研究提供了几个值得深思的方向。首先，双壁空心组合柱作为一种新型结构形式，其夹层混凝土的受力状态复杂——既承受轴向压力，又受到内外壁的约束作用，其损伤演化规律与单层钢管混凝土柱存在本质差异。文献指出随着荷载增大，信号幅值逐步减弱、小波包能量随之降低，这与夹层混凝土内部微裂缝萌生、扩展直至贯通的损伤演化过程一致。

其次，建立的信号幅值与荷载之间的指数函数变化关系具有重要的工程应用价值。在实际工程监测中，若能将这一关系转化为结构健康状态的定量评价指标，则可实现从"定性判断"到"定量预警"的跨越。对于钢管混凝土结构，尤其是大跨桥梁、高层建筑、核电站等关键工程中的组合柱构件，这种实时损伤监测技术可以为结构安全评估、剩余寿命预测和维护决策提供数据支撑。

然而，从工程落地的角度考量，仍有若干问题值得进一步探讨。预埋智能骨料对夹层混凝土的浇筑质量、密实度以及界面粘结强度是否存在不利影响，需要结合材料科学与混凝土施工技术进行系统评估。此外，在复杂工程环境中，温度变化、湿度波动、电磁干扰等因素对压电传感信号的影响，也是工程化应用中必须解决的挑战。

学习心得与展望

该文献的研究思路体现了"材料-结构-传感-算法"多学科交叉融合的研究范式，对于钢管混凝土结构健康监测领域具有启发意义。作为长期关注钢管制造与焊接质量控制的技术人员，我深刻认识到结构健康监测技术的进步不仅依赖于传感硬件的革新，更需要信号处理算法的持续优化和工程场景的精准适配。未来，将压电智能骨料技术与钢管焊接质量在线检测、钢管表面缺陷识别等制造环节相结合，构建覆盖"制造-施工-服役"全生命周期的智能感知体系，将是一个极具前景的发展方向。