评估钢筋—混凝土界面损伤的超声导波法

发布时间：2020-04-10 21:44

【摘要】：钢筋-混凝土结构在外界恶劣环境、巨大的荷载和变形作用下,不可避免产生损伤,其中钢筋-混凝土界面失效是影响结构承载能力和服役期限的重要问题。超声波检测具有方便操作、对结构损伤敏感、对人体无害等优点而被广泛应用,已从金属检测领域发展到土木工程领域。本文采用超声波技术对钢筋径向损伤和钢筋-混凝土界面损伤进行检测评估,首先分析了超声波在钢筋-混凝土结构中的传播特性,通过计算能量相对值和时间反转损伤指标对不同结构的损伤程度进行检测评估,从理论、数值仿真和实验研究三个方面对超声波检测钢筋-混凝土界面处损伤进行研究,数值模拟结果和实验结果在参数评估损伤的趋势上统一,论证了文中对于钢筋、钢筋-混凝土结构构件建立的时间反转损伤检测的可行性,为混凝土结构超声检测提供理论支持。本文研究内容如下:第一,分析了常规的钢筋-混凝土结构中损伤的基本类型和超声波检测的研究现状,指出超声波检测混凝土结构中检测距离有限、精度等主要问题;讨论了在土木工程结构中超声波的传播特性和衰减特性,为选择合适检测激励信号和对接收信号的数据处理奠定基础。第二,利用COMSOL有限元软件建立钢筋-混凝土构件进行超声波损伤检测。首先计算分析2-D轴对称模型较3-D模型可保持精度和效率,进一步计算2-D轴对称模型分析混凝土保护层、钢筋半径方向缩减及钢筋-混凝土界面处局部空洞共20种工况的超声波检测;得出混凝土保护层对内部超声波传播的能量吸收严重,因此在实验中应尽量提高激励信号的幅值;随着损伤程度增加计算能量相对值降低,时间反转计算的DI值增加,因此两种参数都可以用来评估损伤;选择平面模型分析混凝土横切面含钢筋和空洞的对比,将接收信号在四个侧边时域反转并同时激励,得出时反波场在损伤处产生聚焦。第三,搭建超声波检测钢筋、钢筋-混凝土内部损伤检测实验平台,预制6根含有不同程度损伤的钢筋实验试样,浇筑6块内部含不同程度损伤的钢筋-混凝土实验试样;布置超声探头激励超声信号并接收结构响应,计算首波的相对能量值和时反重构信号计算损伤指标DI值进行损伤评估;得到的实验结果和模拟结果对于损伤程度增加的趋势是相同的,验证超声检测的参数评估界面损伤方法的稳健性。
【图文】：

仅仅包含人们生活的衣食住行，在生物医学[1]，民用建筑[2]，航空航天领域[3]，[4; 5]，损伤检测[6-8]等方面同样运用广泛。本文将力学基本学科和工程结构的无合，对钢筋-混凝土结构中界面失效的两种形式损伤运用超声波的基本理论进。混凝土材料因性能优良、造价低廉等优点被大量应用在各种民用基础结构中梁、隧道铁路和厂房居民楼等建筑物及构造物，如图 1.1 伊东丰雄设计的多摩书馆为现代混凝土结构的完美诠释。但钢筋-混凝土结构在服役中，受自然环境影响，易形成损伤，损伤累积使结构失效，危及人们的人生和财产安全。很多结构因年久失修，钢筋锈蚀使得界面混凝土受到应力集中而在内部和表面形，造成结构的安全隐患，若不加以检测和修复则会产生致命后果。如图 1.2 所尼苏达州密西西比河上的一座桥梁突然整体坍塌，，造成严重经济损失。因此对构中钢筋锈蚀及其界面处的损伤检测尤为重要[9; 10]。

仅仅包含人们生活的衣食住行，在生物医学[1]，民用建筑[2]，航空航天领域[3]，[4; 5]，损伤检测[6-8]等方面同样运用广泛。本文将力学基本学科和工程结构的无合，对钢筋-混凝土结构中界面失效的两种形式损伤运用超声波的基本理论进。混凝土材料因性能优良、造价低廉等优点被大量应用在各种民用基础结构中梁、隧道铁路和厂房居民楼等建筑物及构造物，如图 1.1 伊东丰雄设计的多摩书馆为现代混凝土结构的完美诠释。但钢筋-混凝土结构在服役中，受自然环境影响，易形成损伤，损伤累积使结构失效，危及人们的人生和财产安全。很多结构因年久失修，钢筋锈蚀使得界面混凝土受到应力集中而在内部和表面形，造成结构的安全隐患，若不加以检测和修复则会产生致命后果。如图 1.2 所尼苏达州密西西比河上的一座桥梁突然整体坍塌，造成严重经济损失。因此对构中钢筋锈蚀及其界面处的损伤检测尤为重要[9; 10]。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU375;TU317

【参考文献】

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本文编号：2622742