混凝土抗拉强度低,在拉应力作用下易开裂。对混凝土的拉应力进行实时监测对判断混凝土在动力荷载作用下的开裂,以及混凝土中应力的分布具有重要意义。传统的应力测试手段主要是通过对应变的测量根据材料的本构关系计算得到应力值。容易看出此方法的可靠性依赖于材料本构关系的准确获取。然而,一方面由于混凝土材料是一种非均匀、非连续的人工石材,另一方面混凝土材料的力学性能在强动力荷载作用时因存在应变率效应与静态时表现出较大差异,所以计算得到的应力值不可靠。再者,粘贴应变片的方法仅能得到构件表面的应力值,对结构内部的应力分布无法获知。研究开发出可直接得到构件内部应力信息的新型应力传感器十分必要。压电材料因具备正逆压电效应是制作传感及驱动装置的理想材料,近些年来,已经在土木工程结构的损伤识别和健康监测方面取得了成功运用。本文选用了一种响应速度快、频响范围较宽、线性度好、易加工且经济的压电陶瓷片作为传感元件,开发出基于嵌入式压电陶瓷的动态拉应力传感器。主要包括以下研究内容:(1)在已有的对基于压电材料的应力传感器研究工作的基础上,重点研究开发适用于土木工程领域动态拉应力测量的传感元件,规范统一了传感器制作使用的材料及封装步骤,保证了所研发的传感器具有良好的防水和绝缘性能且不同传感器之间个体差异小。(2)利用改进后的小型落锤试验机,对嵌入式压电陶瓷动态拉应力传感器进行了在冲击荷载下的灵敏度标定。结果表明制作的基于压电陶瓷的嵌入式动态拉应力传感器的输出信号与冲击荷载表现出良好的线性关系,且不同的压电传感器之间差异较小(3)研究出对压电陶瓷片施加预紧力的操作方法,并对施加不同预紧力水平的压电陶瓷传感器作了灵敏度标定试验,分析了预紧力对压电传感器性能的影响。(4)将标定好的压电传感器埋入到钢筋混凝土梁纯弯曲段的受拉区,对钢筋混凝土梁分级施加冲击荷载,利用所开发的传感器测量钢筋混凝土构件动态拉应力。结果表明试验数据表明压电传感器的输出信号计算得到的应力时程可以很好与试验现象吻合,并和电阻应变片信号同步且有相似的变化趋势,证实了压电传感器可以成为结构内部拉应力测量更直接可靠的工具。