预应力混凝土T型梁破坏过程的声发射试验研究.pdf

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1、预应力混凝土T型梁破坏过程的声发射试验研究陈圣杰(同济大学土木学院，上海200092)摘要：利用声发射技术记录了预应力钢筋混凝土T型梁在四点弯曲荷戢下整个破坏过程的声发射信号，通过对时域和频城内信号的振幅、频率特性和构件破坏过程的比较，初步得出预应力钢筋混凝土破坏过程的声发射信号参数特性，证实声发射信号能够实时反映预应力混凝土梁破坏过程中的特征信息，并利用互相关方法确定声发射源纵向位置。关键词：声发射；频谱分析；预应力混凝土；T型梁中图分类号：TU528．1文献标志码：B文章编号：1672—401l(2016)03一0089—02DOI：10．3969／j．i88n．1672—

2、4011．2016．03．046O前言材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射或应力波⋯。所谓的声发射技术，是指借助信号处理技术、智能信号采集技术等将这种应力波转化为人们已知的数据，然后借此评价构件内部的物理构造缺陷、定位缺陷的位置和状态的一项新型技术。目前，日益扩大的应用领域对声发射技术的发展提出了新的要求，促进了声发射技术稳步高速发展忙。1。在混凝土结构领域，先前的声发射试验探究都是针对较小尺寸的结构，而且在国内，此技术在预应力混凝土结构损伤监测的研究还比较少见。本次实验研究中所采用的试件为20m预应力T型梁，最大限度地来模拟实际工

3、况。声发射技术的使用中，因为外界噪音环境等的干扰和声发射接收系统自身的一些问题(接收器的采集频率水平等)，系统采集到的信号除含有构件本身声发射的特征信息外，还存在大量无关信号。所以，要从巨量复杂的信号中提取出能反映构件缺陷发展程度的特征信号，需对声发射信号进行适当的处理。针对本次实验数据，应用频谱分析方法对该T型梁破坏过程中的声发射信号进行了分析，获得了预应力混凝土T型梁破坏各个过程中的声发射信号特征。1声发射测试系统试验过程中采用声发射监测系统和加载控制系统两套装置，声发射监测系统使用基于NIPⅪe平台的数据采集设备，其原理如图l所示。，声发射泯(((．)))2试验装置圈l声

4、发射原理图2．1试件制作本次试验在浙江某预制构件厂进行，采用跨度为20m作者简介：陈圣杰(1990一)，男，山东潍坊人，在读硕士研究生，主要研究方向：结构健康监测。的预应力钢筋混凝土T型梁，梁高度lm，支座和跨中截面如图2所示。该预应力混凝土粱采用无粘结预应力筋，通过后张拉方法张拉．在构件厂内浇注、养护．#粹(a)支座截面耋(b)跨中截面田2梁截面示意图／姗2．2试验装置及加裁方式试验装置如图3所示，试样在反力架上进行4点弯曲实验，并通过液压千斤顶按照GB50152—92《混凝土结构试验方法标准>对试样进行分级加载。声发射监测系统中的传感器采用2个传感器在跨中同侧，采用耦合剂与

5、混凝土梁固定，分别距离跨中85cm和215cm。信号经放大器传人采集设备，采用LABVⅢW采集信号，并以-IDMS格式储存。支座反力架嗽”≥<倍感器l(诵诺1)／／／／3Z传感器l(通道1)／／／．85001．2oool8500图3试验装置图／m⋯3试验过程及声发射信号分析支座3．1试验过程及现象加载实验开始前，先进行噪音水平测试和断铅试验。一是检验设备连接是否正常，二是以此确定加载实验的触发门槛值。噪音水平测试时若观测不到断铅信号，可适当降低边缘触发电平，若可观测到断铅信号则无需调整。最终确定加载实验中的触发门槛值取O．4，为实测噪声幅值包络的2倍左右。本次试验采用四点弯方式

6、，两千斤顶匀速同时加载，其中加载等级见表l。裹1荷载等级与荷载大小对应表荷载等级／kNOl2345678910注：以上每个荷栽等级对应的荷戢大小均为一个加栽点的荷栽大小。·89·当加载到荷载等级为约165kN时，在梁跨中处出现第一条可见裂缝，并且此裂缝迅速向上伸长。当荷载等级为320kN时，梁的挠度迅速增大，并且最大裂缝宽度达到了3mm，同时能够听到明显的开裂的声音。此时荷载停止增大，认为梁已经破坏。3．2T型梁破坏过程频谱分析混凝土是多相复合材料，其中声发射源的类型比较多pJ，并且由于钢筋的作用，声发射源的类型更加多样。通过实验研究以及文献调研，钢筋混凝土构件在受荷中的声发射

7、源至少有以下几种：①混凝土内砂浆及骨料等材料微裂纹的产生以及发展；②混凝土的塑性变形；③钢筋与混凝土接触面上化学胶结作用的破坏；④钢筋的局部滑移；⑤混凝土受压锥形区内的开裂及压碎；⑥钢筋的塑性变形及宏观裂缝扩展。声发射技术用于检测混凝土内在的物理变化，获取的检测信号是其内部缺陷发展变化过程的反映。随着加载的进行，试件源源不断地产生声发射信号。针对这些声发射信号分析，可以总结出构件在不同加载阶段声发射信号的明显区别，以此来判断所处受荷状态。3．2．1微裂缝的形成阶段特点：信号微弱，幅值较小，频