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钢筋混凝土结构中界面剥离损伤的超声导波检测技术

作　者: 阮涛
导　师: 李冬生
学　校: 大连理工大学
专　业: 防灾减灾工程与防护工程
关键词: 无损检测 超声导波 钢筋混凝土 剥离损伤 温度影响
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 59次
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内容摘要


钢筋混凝土因其低成本、高强度、钢筋和混凝土热膨胀系数相近等优点在土木工程领域中得到了广泛应用。然而,在环境腐蚀和疲劳荷载作用下,钢筋和混凝土的界面发生交互作用,产生界面损伤,导致混凝土的承载能力下降,严重时出现结构倒塌。因此亟需一种高效可靠的方法检测钢筋-混凝土界面剥离损伤。本文提出采用超声导波技术检测其损伤,其主要研究内容如下：首先,研究了超声导波纵向模态在钢筋中的传播特性和不同因素对波传导的影响；介绍了超声导波在钢筋中的传播规律,用数值方法求解出钢筋中导波的频散曲线；研究了激励信号的优化方法。设计了一套超声导波检测装置,比较了不同信号处理方法对采集到的信号去噪效果的差异,结果表明采用快速傅里叶变换对窄带信号有较好的去噪效果。其次,研究了应力、温度和混凝土强度对超声导波检测精度的影响,为精确计算波速提出了一种实用的消除频散的算法。应力效应是基于声弹性理论,计算结果表明在役钢筋混凝土结构中钢筋的应力对检测结果非常小,可以忽略应力的影响；试验结果表明,温度和混凝土强度对波速几乎没有影响,温度对峰峰值影响也很小,但信号的峰-峰值随强度的增加而减小。最后,使用超声导波检测技术测试了不同损伤程度的钢筋混凝土试件。基于采集到的损伤信号,去噪后对其分别从时域和频域进行分析,得到了剥离长度比与时频域信号幅值的正相关关系但不是线性关系,因此为提高检测精度,提出了能量衰减分析方法,得到了二者的线性关系,发现超声导波能量衰减曲线更能有效评价混凝土与钢筋界面剥离程度。以上研究表明,合理地选用超声导波模态及其激发频率,可以有效地对混凝土与钢筋接触界面状况进行检测,且受应力、温度干扰,强度影响很小。本研究为超声导波技术在钢筋混凝土其他损伤检测中的应用奠定了基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-12
  1.1. 研究背景及研究意义  9-10
  1.2. 本课题国内外研究现状  10-11
  1.3. 课题来源及研究内容  11
  1.4. 本章小结  11-12
2. 超声导波检测技术理论研究  12-28
  2.1. 超声导波的概念  12-14
  2.2. 板中的波  14-18
  2.3. 圆柱中的导波  18-24
    2.3.1. 导波在无限长杆中的传播  19-20
    2.3.2. 波在实心圆柱杆中的纵波  20-22
    2.3.3. 波在实心圆柱杆中的扭转波  22-23
    2.3.4. 波在实心圆柱杆中的弯曲波  23-24
  2.4. 钢筋中频散曲线的计算  24-27
  2.5. 本章小结  27-28
3. 钢筋-混凝土界面损伤超声导波检测技术测试装置  28-35
  3.1. 超声导波换能器  28-31
    3.1.1. 压电式换能器  28-30
    3.1.2. 磁致伸缩换能器  30-31
  3.2. 超声导波激励及接收装置  31-35
    3.2.1. 任意函数发生器  31
    3.2.2. 功率放大器  31-32
    3.2.3. 数字示波器  32-35
4. 超声导波检测信号处理方法  35-49
  4.1. 傅里叶变换  35-41
    4.1.1. 傅里叶变换与非周期信号的频谱  35-37
    4.1.2. 傅里叶变换的性质  37
    4.1.3. 采样频率及频率分辨力  37-38
    4.1.4. 窗函数、截断和泄漏  38-40
    4.1.5. 快速傅里叶变换  40-41
  4.2. 小波变换  41-47
    4.2.1. 小波基本理论  41-42
    4.2.2. 小波变换的特点和作用  42-43
    4.2.3. 连续小波变换  43-46
    4.2.4. 离散小波变换  46
    4.2.5. 小波变换在信号降噪中的应用  46-47
  4.3. 本章小结  47-49
5. 超声导波检测的影响因素  49-59
  5.1. 常见影响因素  49-50
    5.1.1. 应力效应机理  49-50
    5.1.2. 温度效应机理  50
    5.1.3. 混凝土强度效应机理  50
  5.2. 试件制备  50-51
  5.3. 试验结果和数据处理  51-58
    5.3.1. 信号去噪  51-55
    5.3.2. 频散的消除  55-57
    5.3.3. 相关关系曲线  57-58
  5.4. 本章小结  58-59
6. 钢筋混凝土中界面剥离损伤的试验研究  59-69
  6.1. 试验参数的确定  59-61
  6.2. 试件制备  61-62
  6.3. 试验结果和数据处理  62-68
    6.3.1. 时域分析  62-65
    6.3.2. 频域分析  65-67
    6.3.3. 能量衰减分析  67-68
  6.4. 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-74
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  74-75
致谢  75-76

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构
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