超声导波在钢筋锈蚀监测中的应用

发布时间：2017-10-26 09:25

  本文关键词：超声导波在钢筋锈蚀监测中的应用

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【摘要】：钢筋混凝土结构是目前土木工程领域重要的结构形式,广泛应用于房屋、水利、桥梁等基础设施中。然而,钢筋混凝土结构往往处于恶劣的环境中,耐久性成为影响结构使用寿命的重要因素。因此,钢筋锈蚀监测成为近些年来土木工程健康监测领域的研究热点。如今,研究人员已经开发出许多钢筋锈蚀监测方法,但这些方法通常存在滞后性、不准确、灵敏度低等缺陷。超声导波检测技术是一种动态的无损检测技术,因此可以对钢筋锈蚀情况进行实时、在线、连续地监测,可用来判断钢筋锈蚀发展的不同阶段,实现真正意义的结构健康监测。本论文详细研究了超声导波监测钢筋锈蚀损伤的有关技术,具体研究内容有以下几个方面:(1)根据超声导波监测技术的要求,设计制备了适合超声导波监测钢筋锈蚀的压电陶瓷传感器。研究超声导波在钢筋内的传播规律,特别是混凝土包裹长度以及超声导波频率对钢筋中超声导波能量损失的影响。研究结果表明:同一混凝土包裹长度,测得随着频率增加,超声导波的幅值有明显减小趋势。同一激励频率,不同混凝土包裹长度下,随着混凝土包裹长度的增加,超声导波幅值衰减增强。(2)利用超声导波监测钢筋锈蚀的不同阶段,并通过超声导波信号的幅值变化判断钢筋锈蚀程度。研究结果表明:超声导波信号的幅值变化趋势分为下降和上升两个阶段。在超声导波幅值的下降阶段,钢筋锈蚀产物填充钢筋与混凝土界面区域。当超声导波幅值到达最小值时,混凝土内开始出现裂缝。超声导波幅值的上升阶段是裂缝在混凝土内的开展阶段,直到裂缝延伸到混凝土试件表面,超声导波幅值趋于稳定。(3)采用小波包信号处理方法对钢筋锈蚀不同阶段的扫频信号进行小波包能量值计算。通过小波包信号处理方法分析超声导波扫频信号的总能量以及各频带能量分布的变化情况。随着钢筋不断锈蚀,超声导波信号的总能量呈现先下降后上升的趋势。并且超声导波信号的能量在各频带上分布越来越分散,造成接收信号的能量谱发生改变。(4)利用扫描电子显微镜对不同锈蚀阶段钢筋与混凝土交界处锈蚀层的形貌进行观察可知:钢筋未发生锈蚀时,钢筋与混凝土的界面处为疏松、孔隙率较大的薄弱区域。钢筋锈蚀但混凝土未出现裂缝时,锈蚀产物填充钢筋与混凝土的界面,使界面区域更密实。混凝土出现裂缝时的锈蚀层厚度明显大于混凝土未出现裂缝时的锈蚀层厚度。通过本文研究结果表明,超声导波能够实时、在线的监测结构内部钢筋锈蚀的不同阶段,从而及时有效的反映钢筋锈蚀损伤程度。
【关键词】：超声导波 钢筋锈蚀 超声监测 扫描电镜
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题的研究背景与意义12-13
• 1.2 钢筋锈蚀监测现状13-16
• 1.3 超声导波的国内外研究概况16-20
• 1.3.1 国外研究概况17-18
• 1.3.2 国内研究概况18-20
• 1.4 本文课题来源及研究内容20-22
• 第二章 超声导波监测理论研究22-34
• 2.1 超声导波的基本概念22-24
• 2.1.1 相速度和群速度22-24
• 2.1.2 频散24
• 2.2 实心圆柱体中的导波24-31
• 2.2.1 超声波在无限长杆中的传播25-26
• 2.2.2 超声导波在实心圆柱杆中的纵向模态26-29
• 2.2.3 超声导波在实心圆柱杆中的扭转模态29-30
• 2.2.4 超声导波在实心圆柱杆中的弯曲模态30-31
• 2.3 钢筋频散曲线31-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 超声导波在钢筋中的传播34-46
• 3.1 超声导波换能器34-37
• 3.1.1 超声导波换能器的工作原理34-35
• 3.1.2 压电陶瓷传感器的制备35-37
• 3.2 超声导波的激励及接收37-39
• 3.2.1 超声导波激励信号37-39
• 3.2.2 超声导波接收39
• 3.3 钢筋中导波的试验研究39-44
• 3.3.1 钢筋与传感器连接40
• 3.3.2 钢筋包裹前后超声导波的能量损失规律40-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 超声导波监测钢筋锈蚀46-62
• 4.1 试件的制作46-47
• 4.1.1 材料参数46
• 4.1.2 浇筑试件46-47
• 4.1.3 试块的养护47
• 4.2 钢筋锈蚀监测试验设计47-49
• 4.2.1 混凝土试件外加电流加速锈蚀方法47-48
• 4.2.2 监测锈蚀试验设计48-49
• 4.3 试验结果与数据处理49-60
• 4.3.1 小波分析用于信号降噪处理49-50
• 4.3.2 监测结果的时域信号分析50-54
• 4.3.3 基于小波包能量的时域信号分析54-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 基于扫描电子显微镜的微观机理分析62-72
• 5.1 试件的制备62-63
• 5.2 锈蚀产物分布及形貌分析63-65
• 5.2.1 未锈蚀时钢筋与混凝土界面的过渡区64
• 5.2.2 钢筋锈蚀时混凝土未出现裂缝64-65
• 5.2.3 钢筋锈蚀时混凝土出现裂缝65
• 5.3 锈蚀产物成分分析65-68
• 5.3.1 未锈蚀时钢筋与混凝土界面的过渡区66-67
• 5.3.2 混凝土开裂前的锈蚀层67
• 5.3.3 锈蚀开裂后的锈蚀层67-68
• 5.4 钢筋锈蚀层厚度68-70
• 5.5 本章小结70-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-80
• 附录80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1098048