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基于声谱分析的隧道衬砌脱空无损检测研究
| 论文题名： | 基于声谱分析的隧道衬砌脱空无损检测研究 |
| 关键词： | 隧道衬砌;声波检测;声谱分析;信号密度比;形心频率 |
| 摘要： | 衬砌是在隧道洞身表面修筑的混凝土构筑物，是隧道的主要承重结构，衬砌结构的强度和稳定性影响着隧道的安全性和耐久性。常见的现浇式衬砌通过衬砌台车在现场浇注完成，由于衬砌浇注过程的不可见性、复杂性使衬砌浇注完成后可能存在注浆不密实区域，导致衬砌结构的内部出现脱空等病害，影响隧道结构的安全使用，因此衬砌结构的脱空检测具有重要的意义。隧道衬砌结构脱空检测主要分为两个方面，分别是针对已建成隧道的脱空缺陷检测和在建隧道注浆过程的注浆程度检测。声波无损检测是广泛应用的检测方法，通过声谱分析的方法对测试信号的时域、频域等信号谱进行谱特征的对比分析与提取，将提取出来的特征参数用来进行结构的内部状况的评价，有助于提高衬砌脱空的检测效率与检测精度。本文主要研究内容与结果如下： （1）研究了混凝土衬砌结构内部存在脱空缺陷时的声波传播特性。通过有限元模拟的方式建立了存在不同脱空高度的有限元模型，对不同模型接收到的模拟信号进行时域谱以及频域谱的对比分析，观察脱空高度对声谱特征的影响，从频谱信号中提取出特征参数，定义为信号密度比?来描述衬砌结构的脱空高度。结果表明，信号密度比对脱空高度十分敏感，随着脱空高度的增大而线性增加，并且信号密度比可以识别脱空区域不同测试位置的脱空程度。 （2）研究了钢模衬砌结构在不同注浆密实度下的声波传播特性。通过有限元模拟的方式建立了钢模衬砌结构内注入不同高度混凝土浆体的有限元模型，对不同模型得到的模拟信号进行时域谱以及频域谱的对比分析，并提取频谱信号中的形心频率作为特征参数，将形心频率与注浆高度建立联系。结果表明，形心频率会随着注浆高度的增大，呈现出抛物线下降的趋势。此外，激发频率的改变会使形心频率的下降速率发生改变。 （3）分别制作了混凝土衬砌结构与钢模衬砌结构的实验室局部模型，并对试件进行了声波测试。混凝土衬砌实验模型测试结果表明，信号密度比可以有效的描述测试面上不同测试点的脱空程度，能够用于定量描述混凝土衬砌内部的脱空大小。钢模衬砌实验模型测试结果表明，形心频率随着注浆高度的增大呈现抛物线下降的趋势，能够帮助识别钢模衬砌结构内部的注浆状态。 本文通过声谱分析提取测试信号的特征参数，将信号的特征参数与缺陷的主要性状建立联系，为实现快速检测与定量检测提供了理论依据。 |
| 作者： | 唐海翔 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 龙士国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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