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斜拉桥关键构件腐蚀损伤声发射监测技术

丁穗坤  
【摘要】:斜拉桥作为现代桥梁中最主要的桥型之一,由于造型优美、造价低、刚度和抗风性能优于悬索桥等优点而广泛被大家所接受。然而,氯离子等侵蚀性介质对斜拉桥拉索和钢筋混凝土等关键构件的侵蚀和腐蚀往往是非常严重的,这必然对桥梁结构安全造成极大隐患。因而对拉索和钢筋混凝土等关键构件的腐蚀监测是非常有必要的。与其他无损监测手段相比,声发射技术的高灵敏度、实时性和完整性等优点使其应用于腐蚀监测非常有利。本文主要研究内容如下: 首先,分析了声发射波形传播过程中畸变的影响因素;给出了声发射参数分析和波形分析的适用范围和各自的优缺点。此外,本文还提出采用小波分析技术去除声发射信号中夹杂的噪声信号,发现小波基的选取、分解次数、阈值选取和优化方式在对声发射信号的有用特征提取和噪声分离方面非常有利,并通过仿真分析,验证小波去噪的有效性。 其次,对声发射技术的难点——波型效应进行了分析。本文结合超声导波的理论知识,应用Matlab软件编制了导波不同传播模态下的频散曲线。运用ANSYS有限元软件,根据后面实验研究的对象(拉索和钢筋),模拟了不同工况下的应力波传播。并对腐蚀过程中的钝化膜破裂信号传播进行了模拟,通过二维傅里叶变换,证明了导波的频散现象,给出了基于二维傅里叶频谱图腐蚀损伤判断方法。 最后,针对于拉索和钢筋混凝土的腐蚀损伤,本文使用直流加速腐蚀的方式分别对两种材料进行加速腐蚀实验,全过程中进行声发射监测。声发射技术能够对腐蚀从静止、开始到发展的全程起到一个很好的动态实时监测,选取合适的信号处理信号方法可以减少波型效应的影响。采用小波分析技术,能有效从强噪声环境中提取有用声发射信号和给出不同损伤阶段频谱范围。不同腐蚀阶段声发射信号特征区别明显,文中给出了不同损伤阶段下声发射特征信号及其评价方法。实验结果对桥梁在实际运营当中的腐蚀监测提供了一定的指导意义。


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