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湖南大学邵旭东教授团队首次提出了具有局部刚度大、轻巧等优点的钢-UHPC轻型组合桥面结构,近年来在大跨桥梁中应用逐渐增多。运用这种新型结构,钢桥面板易疲劳开裂以及铺装层破损等病害能够得到有效控制。与钢-混组合结构相类似,钢-UHPC交界面通过栓钉紧密结合,可以保证二者协同受力。同时,由于UHPC层通常只有35mm~80mm厚,若负弯矩区UHPC表面开裂,可能会影响结构长期使用性能。压电陶瓷因其传感与驱动一体化的优越性,在结构健康监测中适用性较强。本文采用PZT测试技术,对钢-UHPC组合结构负弯矩加载全过程进行监测,对负弯矩加载全历程中产生的界面脱粘损伤及UHPC表面裂缝开展情况进行识别。本文主要工作内容如下:(1)设计并制作钢-UHPC组合梁模型。用常规测试方法和PZT测试技术(波传播法、压电阻抗法)对实验梁负弯矩加载历程进行了测试,采集对结构局部微小损伤敏感的特征参数值,对实验梁加载历程中的损伤情况进行评价。运用Abaqus有限元软件对钢-UHPC组合梁模型的负弯矩加载历程进行模拟。(2)通过建立波传播法损伤识别系统,对实验梁加载历程中的损伤情况进行评价。结果表明:荷载等级为150~200kN时,由于模型初裂,刚度下降,各测点先后发生脱粘,PZT接收信号幅值下降;荷载等级为400~470kN时,由于实验梁钢梁部分开始屈服,刚度下降,挠度迅速增长,各个测点脱粘损伤程度迅速变大,接收信号幅值下降,总体来说,较为敏感的识别了测点脱粘状态的变化。对于裂缝开展识别,所布PZT测点将实验梁纯弯段UHPC表面划分为6个测区。PZT接收信号幅值的变化较为敏感的反映了裂缝的产生,随着裂缝宽度的增加,PZT接收信号幅值逐渐降低。运用Abaqus有限元软件,对基于波传播法的钢-UHPC组合结构损伤识别过程进行模拟。结果表明,对于脱粘损伤识别,激励频率在4.5~8.5kHz时,接收信号幅值降低明显;接收信号幅值较为敏感的反映了脱粘损伤的发生,但只有当脱粘厚度或者尺寸较大时,接收信号幅值才会明显进一步下降。对于裂缝损伤识别,激励频率在5kHz和7kHz左右时,接收信号幅值降低明显;随着裂缝宽度的增大,接收信号幅值逐渐降低;接收信号幅值对裂缝深度变化不太敏感,只有当裂缝深度达20mm时,接收信号幅值继续明显下降;对于裂缝数量的变化,接收信号幅值较为敏感,裂缝数量增加,接收信号幅值明显下降。(3)通过建立压电阻抗法法损伤识别系统,对实验梁加载历程中的损伤情况进行评价。结果表明:荷载等级为150~200kN时,由于实验梁开裂,各脱粘测点先后发生脱粘损伤,测点的阻抗-频率曲线发生偏离,RMSD损伤指标达到0.05以上,随着荷载等级的增加,脱粘损伤厚度线性增加,RMSD损伤指标逐渐增大;荷载等级为400~470kN时,由于实验梁钢梁部分发生屈服,跨中挠度快速增大,各个脱粘测点的脱粘厚度曲线斜率降低,脱粘厚度迅速增加,RMSD损伤指标达到0.1以上,总体来说,RMSD损伤指标较好的识别了脱粘损伤程度。运用Abaqus有限元软件,对基于压电阻抗法的钢-UHPC组合结构损伤识别过程进行模拟。数值模拟结果反映,100~400kHz频域段的阻抗曲线特征明显,适合作为损伤识别频域段;界面脱粘损伤厚度增大,RMSD损伤指标随之增大,当脱粘损伤尺寸达到一定程度(100×100mm)时,RMSD损伤指标迅速上升;