随着我国综合实力提升,交通运输需求日益增长,桥梁结构也朝着更大跨径发展,大跨度桥梁多以缆索为主要受力构件。长期处于复杂环境和承受疲劳荷载,桥梁缆索内部钢丝容易发生腐蚀,且腐蚀后钢丝疲劳性能会大大降低,由此造成的断索乃至桥梁倒塌事故屡见不鲜。因此,发展一套针对桥梁缆索锈蚀疲劳的监测方法具有重大意义。本文针对平行钢丝索常见的锈蚀及锈后疲劳问题,提出基于压电陶瓷的高强钢丝锈蚀疲劳损伤监测方法,并在传统压电信号分析的基础上构造基于小波包能量谱特征频带变化的损伤评价指标,开展平行钢丝锈蚀及锈后钢丝束疲劳监测试验,验证该监测方法及损伤指标的可行性,具体研究工作如下:(1)提出了基于小波包能量谱特征频带能量变化的压电波动法监测损伤评价指标。通过对信号进行小波包分解得到该信号的小波包能量谱,选择能量谱中较大频带能量部分组成特征频带,采用特征频带能量与所有频带能量的平均值比值变化作为预警参数,以此为基础建立能量比变化偏差和方差的损伤评价指标。该指标具有较好的抗噪性和损伤敏感性。(2)发展了高强钢丝锈蚀的压电导波监测技术。通过稳流电源加速高强钢丝锈蚀,将PZT分别粘贴在高强钢丝两个端面,利用扫频信号激励一端的PZT,并在一定的间隔时间进行信号采集。试验结果表明:随着高强钢丝锈蚀程度的增加,时域信号、频域信号以及小波包能量会出现明显的衰减。尤其在钢丝镀锌层锈蚀过程中,信号衰减较快。基于小波包能量谱的钢丝锈蚀损伤指标随腐蚀程度增加线性增长,损伤指标ERVD和ERVV均具有较好的抗噪能力。信噪比达到10db时,损伤指标ERVD的敏感性指标K仅下降3.03%,在0db的强噪环境下,K值仍能达到0.0475;损伤指标ERVV的拟合程度更高,在0db的强噪环境仍达到0.9273。(3)提出了基于压电导波的锈蚀钢丝束疲劳损伤监测方法。设计了不同锈蚀率的钢丝束疲劳试验,在钢丝两端粘贴PZT作为发射和接收传感器,一定疲劳次数后对钢丝进行压电导波监测。试验结果表明:压电信号的能量衰减可有效反映钢丝疲劳损伤的三个过程。未锈蚀钢丝无疲劳裂纹产生,对应压电信号变化不大;锈蚀钢丝疲劳性能大大降低,在产生疲劳裂纹后,压电信号随疲劳次数的增加发生衰减;接近钢丝疲劳极限时,信号的小波包能量衰减程度增大,且信号采集时间离疲劳极限越近,信号衰减越严重。基于小波包能量谱的损伤指标随疲劳损伤程度增加而增长,可有效反映钢丝的疲劳损伤程度。