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混凝土损伤检测声发射技术应用研究

张力伟  
【摘要】:声发射技术是近年来发展起来的一种动态无损检测方法,由于其原理简单,操作方便,灵敏度高,可实时监测等,在材料性能评价及结构损伤检测中得到了广泛应用,是一种颇具前景的无损检测技术。因此本文在进行混凝土材料声发射性能研究的基础上,对混凝土材料的损伤规律、断裂机理进行了深入分析和研究,进而对钢筋混凝土结构及CFRP增强混凝土构件的损伤破坏过程进行了监测和分析,为促进声发射技术在混凝土结构检测领域的应用提供了一些理论和实践参考。主要研究内容及成果如下: 1.制作了4种规格共计24个混凝土试件,进行了混凝土材料单轴抗压,劈裂抗拉,及纯剪切试验,研究了混凝土材料在不同受力形式下的声发射特征及损伤机理。结果表明,混凝土材料的声发射特性与混凝土的强度,受力形式,应力水平等均有关系,在不同的受力形式及不同的应力水平下,声发射活性不同,声发射信号的频率分布也有很大差异。 2.进行了预制裂缝混凝土梁的三点断裂声发射试验,对混凝土的断裂特征进行了分析和研究。利用声发射损伤定位方法对断裂过程区的发展进行了分析,并与数字散斑检测结果进行了对比。结果表明,声发射参数的突变特征能够确定混凝土的初始断裂及失稳断裂,从而用来计算混凝土的初始断裂韧度和失稳断裂韧度。而声发射技术对断裂过程区的定位与试件表面应变场分布及实际破坏形态基本一致,说明声发射技术能够准确地监测裂纹的扩展。 3.进行了模拟酸雨腐蚀及低温海水腐蚀混凝土的单轴抗压试验,利用声发射特征参数对腐蚀混凝土的损伤特征进行了描述,在弹性损伤力学和声发射速率过程理论的基础上提出了考虑初始损伤的混凝土损伤因子的计算方法。 4.利用声发射技术对钢筋混凝土梁的损伤进行了监测和定位,提出了用于混凝土梁损伤评价的声发射源集度函数。结果表明,声发射特征参量与力学指标(荷载大小、钢筋应变,混凝土应变)等具有较强的相关性,能够很好的用于钢筋混凝土梁的损伤监测和评价。 5.进行了CFRP增强混凝土柱的抗压破坏试验,根据声发射检测结果提出了CFRP增强混凝土柱抗压强度修正公式。对CFRP增强钢管混凝土梁弯曲破坏过程进行了监测,利用小波分析法对不同阶段的声发射信号进行了分析和研究,并借助有限元分析对整个破坏过程进行了模拟。结果显示,声发射信号的参数特征及波形特征与CFRP钢管混凝土梁的破坏程度密切相关,可以用来区分不同阶段的损伤机制。


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