详情

原文传递基于振动声调制的钢绞线张力声测方法研究

论文题名：	基于振动声调制的钢绞线张力声测方法研究
关键词：	钢绞线;振动声调制;边带峰计数;张力识别;混凝土
摘要：	随着大跨径预应力桥梁的普及，钢绞线因其优异的力学特性使其成为预应力混凝土桥梁结构的关键支撑部件。由于不可避免地受温湿度变化、酸性腐蚀、结构疲劳等因素的影响，其健康状况会严重影响整个系统的正常运行，甚至可能危及使用者的生命安全，对公共交通运输造成重大影响。因此，检测钢绞线的有效预应力显得尤为重要。　　本文通过理论推导、有限元仿真分析和试验探究从三个维度不同层面，对钢绞线中振动波的传播特性进行了全方位的分析研究，根据振动非线性理论建立损伤指标，以此来反映钢绞线的张力，这将为钢绞线的损伤识别和检测提供新的解决思路。主要进行了以下几个方面的研究：　　求解双频入射下信号成分。引入非线性超声波动理论，建立一维波动方程，并利用摄动法来估算单频入射条件下的近似解；此外，利用这一方程来描述单频信号和振动信号同时作用于材料时，产生的透射信号和反射信号，从而深入探究非线性边频调制谐波的形成机理。通过引入双线性刚度模型，证实在非线性振动信号的影响下，振动信号会增大边频调制谐波的幅值。在忽略滞回非线性和高阶非线性的前提下，提出了边带峰计数法及损伤指标的概念，分析随着钢绞线逐级张拉，对应的损伤指标随之减弱的特性。　　采用ABAQUS有限元分析软件模拟了钢绞线张拉大小与边带峰数量的关系。以高强钢丝和螺旋双丝结构模型作为前置分析元素，验证了钢绞线丝间接触导致的切向微滑移是产生非线性谐波的先决条件。在单一频率激励下，无切向微滑移行为的高强钢丝不存在非线性信号，而有切向微滑移行为的螺旋结构出现了二次谐波及其他高次谐波等非线性信号；在混合频率激励下，双丝螺旋模型中有明显的调制边频成分出现。通过建立钢绞线有限元模型，分析张拉过程中的非线性振动超声信号，得到了不同张拉等级下钢绞线端部的时频域特征信号。对时域信号做傅里叶变换获得信号成分，获得相应的边带峰数量，建立其与张拉力大小间的关系，张拉力越大，相应的边带峰数量越少。　　开展了钢绞线振动声调制试验建立了预应力钢绞线张拉等级与边带峰数量的关系。通过设计钢绞线振动声调制试验，实测了钢绞线在不同拉力等级下的非线性信号，进行了边带峰计数分析，提出了基于边带峰计数的钢绞线张力的识别方法。结果表明，由于振动声场的调制，钢绞线中产生了明显的谐波成分及边频成分，且由于产生了调制作用，边带数量均随张力上升而减少。通过选择合适的样本丰度，边带峰计数法的张力识别精度可以得到提高。相较二次谐波和亚谐波等传统的非线性系数识别指标而言，基于边带峰计数建立的损伤识别指标在钢绞线张力变化过程中，规律性更明显，鲁棒性更强。
作者：	张赋昱
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	钱骥
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023