详情

原文传递基于声发射和数字散斑技术的混凝土损伤断裂感知与解析

论文题名：	基于声发射和数字散斑技术的混凝土损伤断裂感知与解析
关键词：	隧道衬砌;水泥混凝土;损伤识别;声发射特征;数字散斑
摘要：	水泥混凝土是隧道衬砌的重要材料，其强度、承载能力、耐久性将直接影响整个隧道的运营效果和使用寿命。水泥混凝土材料在服役期间因集中荷载、疲劳、年久失修等原因将产生裂缝，裂缝进一步发展，将产生结构性损伤，裂缝的出现也会产生渗漏水等后续问题。本文选择使用声发射技术和数字散斑技术对水泥混凝土在服役期间的裂缝发展特性展开研究。声发射技术可以对水泥混凝土微裂纹的萌生发展进行表征，数字散斑技术对水泥混凝土宏观裂缝的发展趋势进行追踪，从宏观和微观两个角度出发，对混凝土断裂损伤进行感知与解析。主要进行了以下几方面的工作：　　（1）为贴合实际情况下混凝土开裂破坏状况，在室内试验中制作了9组尺寸为100mmx100mmx100mm的C30混凝土试件，以及6组尺寸为100mmx100mmx400mm的C30混凝土小梁试件，并在其中3组小梁试件内部加入直径为20mm的螺纹钢筋；分别在单轴压缩试验和三点弯曲试验条件下配合以声发射技术和数字散斑技术进行全程监测，获取三种试验工况条件下混凝土试件的应力-应变、声发射参数和混凝土试件表面位移场，应变场。　　（2）本文引入声发射信号基本参数：能量，振铃计数等对混凝土试件破坏过程进行表征;RA-AF法是一种常见的分析岩石损伤破坏模式的方法，本文利用RA-AF法对混凝土试件在不同加载阶段的损伤破坏模式进行分析；r值（RA/AF）是一种表征岩石损伤破坏剧烈程度的指标，本文引用r值对混凝土损伤程度进行分析；利用快速傅立叶变化对混凝土试件在受荷载破坏过程中产生的声发射波形图进行进一步频谱损伤分析。　　（3）声发射定位技术是对试件破坏损伤评价的重要指标，但声发射系统自带的定位系统把声发射波速默认为是一个常数，但实际情况声波在混凝土试件中是不断衰减的，这样导致定位并不准确；为解决这一难题，本文以最大骨料粒径，水灰比，养护龄期为边界条件，探究波速在不同水灰比，不同最大骨料粒径和不同养护龄期条件下的衰减规律，拟合出相应的波速衰减公式；本文引入穷举法对声发射定位进行修正，穷举法有别于传统的定位法，穷举法是将混凝土材料内部所有可能的开裂点进行一一的列举，并从中找到最优解，穷举法具有精度高，计算复杂的特点；为解决穷举法的计算难题，本文将拟合出的波速衰减公式代入，计算节点波速，再利用MATLAB软件进行编程计算，得出修正定位点。　　（4）数字散斑技术从宏观的角度观察混凝土试件受荷载作用的整个破坏过程；数字散斑技术可以很好的观察到混凝土试件表面在受荷载破坏过程中的表面位移场以及应变场的变化，对于分析不同加载模式下的混凝土破坏情况，以及钢筋对混凝土破坏的影响都有比较明显的作用。
作者：	周翰林
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	何兆益
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022