基于声发射技术的钢筋混凝土梁损伤识别研究

《基于声发射技术的钢筋混凝土梁损伤识别研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于声发射技术的钢筋混凝土梁损伤识别研究1绪论1.1课题研究背景及意义混凝土材料上世纪问世以来，已经广泛应用到房屋、桥梁、大坝和港口等领域，在经济、国防建设中发挥了重要作用。虽然混凝土材料造价较低，但混凝土结构一旦发生突然破坏，往往带来重大的财产和生命损失。目前，我国的经济增长仍以投资基础设施建设为主要动力，由于在施工过程中可能存在的不规范操作，会影响施工质量，埋下隐患。对于大型混凝土结构，在长期使用过程中，损伤会不断累积，达到一定程度后很可能引发灾难性后果。例如，1983年6月，美国康涅狄格州Mianus江高速公路桥发生倒塌（图1-1)，导致3人死亡和3

2、人受伤⑴；2009年6月，黑龙江铁力市呼兰河大桥由于桥龄过长，被重车压塌（图1-2)，造成1人死亡和4人受伤；2011年7月，福建武夷山公馆大桥突然断裂（图1-3),造成1人死亡和22人受伤。这些血的事例告诉人们必须加强对大型混凝土工程结构关键部位的监测和损伤诊断，及时进行损伤预警。目前，西方国家在该领域投入了大量的财力，据美国交通部的官方资料，美国政府每年投入70亿美元用于已建桥梁的检测和评估。我国早期修建的工程，受当时环境水平和技术水平所限，而且使用时间已经很长，结构的可靠性会大大降低，更需要加强监测。对于新建结构，尤其像珠港澳大桥这种大型结构，不仅耗

3、费巨资，而且事关国计民生，引入健康监测系统对结构的整个生命周期进行实时监测也越来越被人所接受。因此，寻找一种方便、可靠的检测手段，对混凝土结构损伤进行分析、监测预警，具有重大的工程实践意义。当结构内部出现损伤，会发出弹性波释放内部累积的应变能，声发射检测系统能及时捕捉这些波形信息，并转换成电信号储存起来，相较超声检测等传统方法，声发射技术凭借高灵敏度和动态监测的优点，能够及时发现结构性能的劣化，再结合其它检测手段，能定性、定量的评价结构的损伤，这对保证结构的安全运行具有重大的现实意义。而如何从声发射数据中有效读取损伤信息，并利用声发射参数及时进行损伤预警仍

4、需进一步研究。.1.2声发射技术在混凝土研究中应用现状混凝土是由砂石和水泥按一定的配比拌合的多相复合材料，在硬化过程中会形成很多孔隙，这些孔隙与砂架界面共同组成了混凝土的薄弱环节。混凝土材料内部的复杂结构不仅影响其基本力学性能，也会对声发射特性产生影响。已有研究表明，骨料自身的强度、大小和掺入量既对混凝土的强度产生影响，也会影响声发射特性。陈兵等学者经研究发现，在较低应力水平条件下，普通骨料混凝土的声发射信号非常少，而轻骨料则比较多；接近极限荷载后，两者产生的声发射信号均迅速增加。纪洪广通过对不同强度砂衆试块的轴压试验研究发现，高强混凝土在低应力水平时的声

5、发射信号比较弱，而即将达到极限荷载时，声发射信号快速增多；低强度混凝土在低应力水平时就有声发射产生，而且其声发射活动急速增加的点要早于高强混凝土，日本学者Ohtsu将速率理论引入到声发射研究中，对声发射活性进行评价，并给出了声发射参数与应力水平之间的经验公式。TetsuyaSuzuki对受冻融影响的实际结构钻芯取样，通过轴压试验，提出了评估相对损伤的方法，并结合CT方法对试样进行了损伤评估[8?91。NAIR等学者对预应力混凝土桥的声发射进行了研究，利用累积的声发射数据对连续荷载作用下的结构损伤进行了评估，证明声发射技术可以用于结构的连续监测和健康评价。董

6、毓利应用内变量理论分析了轴压条件下混凝土破坏过程的声发射特性，得到了混凝土轴压下的损伤本构关系。纪洪广通过混凝土试块的单轴循环往复压缩试验，得到了应力应变与声发射参数之间的关系，并确定了材料的受载历史，对结构可靠性作出了评价朱宏平应用声发射速率过程理论得到了混凝土材料在轴压条件下声发射参数与损伤之间的关系，并对某桥梁实地取样，分析了桥梁受力历史。薛云亮等人研究了岩石和混凝土的声发射特性，提出了应力应变与声发射参数基于ATLAB编程计算了声发射参数序列的关联维数，揭示声发射参数的内在自相似性，并以关联维数为定量指标，评价试验梁的损伤状况。人们在测量英国海岸线

7、的长度时，惊奇的发现使用的码尺越小，测量出来的海岸线越长。1967年数学家曼德尔布罗特（B.B.Mandelbort)提出英国的海岸线有多长的问题[53]，标志着分形几何开始萌芽。1973年Mandelbort提出借助自相似性原理，研究看似复杂无序，却具有内在规律的系统，分形思想逐渐成形。分形理论的出现，为人们从局部研究整体提供了一个全新的技术手段，在近年获得了快速发展。.结论由于混凝土自身构成的复杂性，导致其损伤机理也相对复杂。随着大型混凝土结构的安全日益引起人们的重视，在结构损伤识别和预警等领域，各种无损检测技术已经被广泛使用。声发射检测技术和超声波等

8、传统检测手段相比，具有灵敏度高，能够实现对结构实时动态检测等显著优