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原文传递基于自发漏磁的钢筋混凝土锈蚀检测参数敏感性分析

论文题名：	基于自发漏磁的钢筋混凝土锈蚀检测参数敏感性分析
关键词：	钢筋混凝土结构桥梁;参数敏感性;自发漏磁技术;锈蚀检测;有限元仿真
摘要：	在目前影响钢筋混凝土结构桥梁耐久性的众多因素中，钢筋锈蚀问题已成为关键因素，但是由于钢筋隐蔽于混凝土保护层当中，故常规的技术手段无法进行有效的检测。在桥梁工程中，钢筋作为典型的铁磁性材料，在经历锈蚀损伤之后，将会造成其有效截面积减少，同时在锈蚀缺陷表面形成自发漏磁场。基于自发漏磁无损检测技术原理，利用磁记忆探头在钢筋混凝土结构表面采集与钢筋锈蚀缺陷相对应的自发漏磁信号，可以从自发漏磁信息中挖掘出钢筋锈蚀的定位和定量分析。但是，该方法的识别精度易受钢筋直径、钢筋长度、混凝土保护层厚度等因素的影响。基于上述背景，本文从自发漏磁无损检测钢筋锈蚀的原理出发，构建了适合钢筋锈蚀损伤的磁偶极子模型、开展了基于自发漏磁技术的钢筋锈蚀缺陷漏磁检测试验和基于COMSOL的有限元仿真模拟。本文的主要研究内容和结论如下: 　　(1)开展了钢筋锈蚀后自发漏磁效应发生的机理研究，构建了更符合钢筋锈蚀损伤形状的梯形槽截面钢筋锈蚀缺陷三维磁偶极子模型，并利用MATLAB软件依据该三维磁偶极子模型进行了多参数模拟计算。计算结果表明:钢筋锈蚀损伤周围的漏磁信号切向分量Bx极值随锈蚀程度的加深而增大;在相同的锈蚀工况下，Bx极值随钢筋直径的增大而大幅削减，随钢筋长度的减少而大幅削减。　　(2)开展了自发漏磁钢筋锈蚀检测参数敏感性试验，采用54块由不同尺寸参数的钢筋混凝土试件，并主要针对钢筋长度、钢筋直径和混凝土保护层厚度三个检测参数进行对照试验。实验结果表明:在钢筋混凝土试件锈蚀区域，试件周围会产生与锈蚀缺陷情况相对应的漏磁场，且漏磁信号切向分量曲线的极值随锈蚀程度的加深而增大，明确了各检测参数对漏磁信号的影响，验证了磁偶极子模型计算结果的正确性。　　(3)构建了基于自发漏磁信号切向分量特征的“漏磁信号原点”和表征钢筋锈蚀与漏磁信号间关系的“锈—磁波动参数”Mc。通过对相同锈蚀工况下各检测参数发生变化时Mc参数变化规律的分析，证实了Mc参数对钢筋混凝土试件检测参数的变化较敏感;并利用不同提离高度下Mc参数拟合曲线的收敛性，提出了钢筋锈蚀宽度定量化检测精度提升的方法。　　(4)在已有理论分析和试验研究基础上，利用COMSOL有限元软件，进行了自发漏磁检测钢筋锈蚀的仿真分析。获取并研究了漏磁信号切向分量在不同检测参数下的变化特征和规律，所得结果可与理论模型分析及锈蚀检测试验结果相互验证，表明本文研究中获得的结论是高度可靠的。　　综上所述，本研究明确了检测参数的变化对于自发漏磁钢筋锈蚀检测结果的影响，提出了钢筋锈蚀宽度检测精度提升的思路，充分印证了自发漏磁技术检测钢筋锈蚀的可行性，具有显著的科研价值。
作者：	赵庆缘
专业：	建筑与土木工程
导师：	杨先一;周建庭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2020