超声波与弹性波用于分析既有混凝土波速-应变关系对比研究
发布时间：2021-11-23 16:20
在既有建筑的改造加固工程中,往往需要了解关键部位的应力状态以保障工程安全。为研究超声波与弹性波用于分析既有混凝土波速-应变关系的效能与精度,首先设计制作了相应的辅助测试装置并对测试参数进行了初步优化,然后通过混凝土轴压波速试验对比分析了两种测试方法的效能与精度,确定了本文主要研究方法;此外,文中利用该方法进一步研究了混凝土受压声弹性系数在不同水灰比、含气量、水饱和度以及不同环境温度与湿度下的影响规律,还研究了混凝土受拉声弹性系数;最后在前述研究的基础上对局部应变声弹性系数进行了分析。论文的主要工作和成果如下:（1）分析了各方法在测试过程中产生误差的原因,针对性地设计制作了辅助测试装置,并对超声波与弹性波测试参数进行了优化研究,结果表明:①对于超声波当测试距离在400mm-600mm、且耦合压力大于30kPa时可获得较稳定的测试结果,此外,当测试频率为50kHz时所测波速对应力变化较敏感;②对于弹性波当测试距离在400mm-600mm、耦合压力在30kPa-60kPa时结果较稳定,敲击能量对波速的影响较小。（2）在前述配置的基础上利用两种测试方法对混凝土进行受压波速试验,对比分析了两者的...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１超声波单面平测法测试原理??
?Ａ?ａ??９０：首波？时线ｔ?Ａ?／?ｆ＼?＼??＾?６〇－?ｆ?＼?ｎ?＼?＼?Ａ??姜?３°二?＿?ｊ?ｌ—?Ｌ?１１?Ａ??＿?二?ｚｒｚｚｆｉｉ—ｒ?厂１—厂．ｎ—Ｔ厂＼：厂??圳：首波‘线?＼丨Ｉ（?＼?Ｉ?＼?ｉ??－９０?：?Ｉ?１?Ｖ??－１２０－?／?Ｖ?ｙ??＇?，?Ｉ?，?Ｉ?■?Ｉ?■?ｔ．＇：?■?Ｉ?．?Ｉ?ｙ．?Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ??０?２０?４０?６０?８０?１００?１２０?１４０?１６０?１８０?２００??时间（译）??图２．２超声波测试波形??２．２．１超声波测试优缺点??超声波测试具有以下优点：超声波声束能量较集中，具有良好的指向性；波??长较短，灵敏度高，能够分辨材料小尺寸缺陷；便携性好，适用于多种检测环境。??超声波测试具有以下缺点：对于检测结构形式复杂的构件具有一定难度；且??要求被检测物体表明光滑平整；超声波频率在２０ｋＨｚ以上，这在混凝土中传播??时能量衰减过快，对检测距离有一定要求，不适合体积较大的混凝土结构。??２．３弹性波检测??弹性波是受到外力作用或扰动引起的应力和应变在弹性介质中的传递形式。??弹性介质中的质点间存在互相作用的弹性力，当某一质点因受到外力的作用或扰??动而离开原平衡位置后，弹性恢复力迫使该质点产生振动，进而引起周围质点的??振动和位移［４２］。??冲击弹性波的原理，是通过使用与加速度传感器相连的球形激振锤敲击激发??点，产生频率较低且能量较大的弹性波，该弹性波会使得混凝土内部及表面粒子??产生震动，继而带动周边粒子震动，并以波的形式进行传播［４９］。此后被各个检??波器接收到震动信号通过处理显示成波形图像，之后再
浙江理工大学硕士学位论文???本试验选用设计强度等级为Ｃ３０、Ｃ４０、Ｃ５０的混凝土试件，制作时采用标??号为Ｐ＇０４２．５的普通硅酸盐水泥，粗骨料选用粒径２８－４０ｍｍ的碎石，细骨料为??普通河沙。根据ＪＧＪ５５－２０１１《普通混凝土配合比设计规程》［７２］制定配合比，其??配合比见表３．１。共制作４个试件，其中３个试件尺寸为１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍｘ５５０ｍｍ，??１个试件尺寸为１２０ｍｍ＞＜１２０ｍｍ＞＜１２００ｍｍ，制作时采用混凝土卧式搅拌机搅拌，??振捣成型，所用设备见图３．１所示，自然养护２８ｄ之后，方进行试验。??表３．１混凝土设计强度等级及配合比??设计强度?水泥?沙?石?水??Ｃ３０?１?１．３７?２．４４?０．５１??Ｃ４０?１?０．８４?１．７６?０．３８??Ｃ５０?１?０．６６?１．５５?０．３４??（ａ）?ＳＴＷＪ－６０混凝土卧式搅拌机?（ｂ）混凝土振捣台??图３．１混凝土搅拌及振捣设备??３．２．２试验设备??（１）波速采集装置：超声波采用ＮＭ－４Ｂ非金属超声波分析仪，发射电压??５００ｖ，该系统主要包括主机、换能器、信号线，平面换能器频率有：１００ｋＨｚ、??５０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ；弹性波采用６４通道桥梁ＣＴ仪：包括数据线缆，插拔??夹检波器，触发器以及配套数据处理软件。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴压荷载下钢管钢筋混凝土损伤状态超声检测研究[J]. 陈猛,贾益铭,陈耕野,迟东,王宇涵. 工程力学. 2019(10)
[2]既有建筑下挖增层桩顶约束对受荷桩桩身屈曲稳定临界荷载的影响[J]. 单华峰,夏唐代,卢玉华,陶海冰,金崇正,杨杰. 四川建筑科学研究. 2019(05)
[3]含水率对掺硅灰混凝土声学特性的影响研究[J]. 刘琨,严武建,牛富航,吴志坚,郑海忠. 混凝土与水泥制品. 2019(09)
[4]既有建筑地下增层双层悬臂排桩承载性状及优化分析[J]. 唐德琪,俞峰,黄祥国,刘念武,谢征兵. 土木工程学报. 2019(S1)
[5]提升结构抗力的拱桥加固技术新方法研究[J]. 罗光,张云,杨明. 重庆建筑. 2019(02)
[6]基于球面波势函数基本解方法的弹性波三维散射与动应力求解[J]. 刘中宪,王治坤,梁建文,王楚楚. 岩土力学. 2019(07)
[7]钢筋混凝土板声发射波传播特性试验研究[J]. 门进杰,郭昌灵,王应生,朱乐. 振动与冲击. 2019(01)
[8]超声波检测混凝土梁工作应力状态研究[J]. 赵岩,徐晓,郝文秀. 河北农业大学学报. 2019(01)
[9]温、湿度对粉砂质泥岩边坡岩体抗剪强度的影响[J]. 付宏渊,陈小薇,陈镜丞,曾铃,邱祥. 长安大学学报(自然科学版). 2019(01)
[10]热弹性波在偶应力固体界面上的反射和透射[J]. 李月秋. 数学的实践与认识. 2018(22)
硕士论文
[1]多层混凝土框架结构改造加固方案优选及力学性能分析[D]. 居则上.东南大学 2018
[2]应力条件下含缺陷岩体中弹性波传播的研究[D]. 周伟达.中国科学技术大学 2016
[3]冲击弹性波技术在水工混凝土结构无损检测中的应用研究[D]. 孙其臣.中国水利水电科学研究院 2013
[4]应力条件下弹性波在材料中的传播规律[D]. 王亚光.燕山大学 2012
本文编号：3514247
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１超声波单面平测法测试原理??
?Ａ?ａ??９０：首波？时线ｔ?Ａ?／?ｆ＼?＼??＾?６〇－?ｆ?＼?ｎ?＼?＼?Ａ??姜?３°二?＿?ｊ?ｌ—?Ｌ?１１?Ａ??＿?二?ｚｒｚｚｆｉｉ—ｒ?厂１—厂．ｎ—Ｔ厂＼：厂??圳：首波‘线?＼丨Ｉ（?＼?Ｉ?＼?ｉ??－９０?：?Ｉ?１?Ｖ??－１２０－?／?Ｖ?ｙ??＇?，?Ｉ?，?Ｉ?■?Ｉ?■?ｔ．＇：?■?Ｉ?．?Ｉ?ｙ．?Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ??０?２０?４０?６０?８０?１００?１２０?１４０?１６０?１８０?２００??时间（译）??图２．２超声波测试波形??２．２．１超声波测试优缺点??超声波测试具有以下优点：超声波声束能量较集中，具有良好的指向性；波??长较短，灵敏度高，能够分辨材料小尺寸缺陷；便携性好，适用于多种检测环境。??超声波测试具有以下缺点：对于检测结构形式复杂的构件具有一定难度；且??要求被检测物体表明光滑平整；超声波频率在２０ｋＨｚ以上，这在混凝土中传播??时能量衰减过快，对检测距离有一定要求，不适合体积较大的混凝土结构。??２．３弹性波检测??弹性波是受到外力作用或扰动引起的应力和应变在弹性介质中的传递形式。??弹性介质中的质点间存在互相作用的弹性力，当某一质点因受到外力的作用或扰??动而离开原平衡位置后，弹性恢复力迫使该质点产生振动，进而引起周围质点的??振动和位移［４２］。??冲击弹性波的原理，是通过使用与加速度传感器相连的球形激振锤敲击激发??点，产生频率较低且能量较大的弹性波，该弹性波会使得混凝土内部及表面粒子??产生震动，继而带动周边粒子震动，并以波的形式进行传播［４９］。此后被各个检??波器接收到震动信号通过处理显示成波形图像，之后再
浙江理工大学硕士学位论文???本试验选用设计强度等级为Ｃ３０、Ｃ４０、Ｃ５０的混凝土试件，制作时采用标??号为Ｐ＇０４２．５的普通硅酸盐水泥，粗骨料选用粒径２８－４０ｍｍ的碎石，细骨料为??普通河沙。根据ＪＧＪ５５－２０１１《普通混凝土配合比设计规程》［７２］制定配合比，其??配合比见表３．１。共制作４个试件，其中３个试件尺寸为１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍｘ５５０ｍｍ，??１个试件尺寸为１２０ｍｍ＞＜１２０ｍｍ＞＜１２００ｍｍ，制作时采用混凝土卧式搅拌机搅拌，??振捣成型，所用设备见图３．１所示，自然养护２８ｄ之后，方进行试验。??表３．１混凝土设计强度等级及配合比??设计强度?水泥?沙?石?水??Ｃ３０?１?１．３７?２．４４?０．５１??Ｃ４０?１?０．８４?１．７６?０．３８??Ｃ５０?１?０．６６?１．５５?０．３４??（ａ）?ＳＴＷＪ－６０混凝土卧式搅拌机?（ｂ）混凝土振捣台??图３．１混凝土搅拌及振捣设备??３．２．２试验设备??（１）波速采集装置：超声波采用ＮＭ－４Ｂ非金属超声波分析仪，发射电压??５００ｖ，该系统主要包括主机、换能器、信号线，平面换能器频率有：１００ｋＨｚ、??５０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ；弹性波采用６４通道桥梁ＣＴ仪：包括数据线缆，插拔??夹检波器，触发器以及配套数据处理软件。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴压荷载下钢管钢筋混凝土损伤状态超声检测研究[J]. 陈猛,贾益铭,陈耕野,迟东,王宇涵. 工程力学. 2019(10)
[2]既有建筑下挖增层桩顶约束对受荷桩桩身屈曲稳定临界荷载的影响[J]. 单华峰,夏唐代,卢玉华,陶海冰,金崇正,杨杰. 四川建筑科学研究. 2019(05)
[3]含水率对掺硅灰混凝土声学特性的影响研究[J]. 刘琨,严武建,牛富航,吴志坚,郑海忠. 混凝土与水泥制品. 2019(09)
[4]既有建筑地下增层双层悬臂排桩承载性状及优化分析[J]. 唐德琪,俞峰,黄祥国,刘念武,谢征兵. 土木工程学报. 2019(S1)
[5]提升结构抗力的拱桥加固技术新方法研究[J]. 罗光,张云,杨明. 重庆建筑. 2019(02)
[6]基于球面波势函数基本解方法的弹性波三维散射与动应力求解[J]. 刘中宪,王治坤,梁建文,王楚楚. 岩土力学. 2019(07)
[7]钢筋混凝土板声发射波传播特性试验研究[J]. 门进杰,郭昌灵,王应生,朱乐. 振动与冲击. 2019(01)
[8]超声波检测混凝土梁工作应力状态研究[J]. 赵岩,徐晓,郝文秀. 河北农业大学学报. 2019(01)
[9]温、湿度对粉砂质泥岩边坡岩体抗剪强度的影响[J]. 付宏渊,陈小薇,陈镜丞,曾铃,邱祥. 长安大学学报(自然科学版). 2019(01)
[10]热弹性波在偶应力固体界面上的反射和透射[J]. 李月秋. 数学的实践与认识. 2018(22)
硕士论文
[1]多层混凝土框架结构改造加固方案优选及力学性能分析[D]. 居则上.东南大学 2018
[2]应力条件下含缺陷岩体中弹性波传播的研究[D]. 周伟达.中国科学技术大学 2016
[3]冲击弹性波技术在水工混凝土结构无损检测中的应用研究[D]. 孙其臣.中国水利水电科学研究院 2013
[4]应力条件下弹性波在材料中的传播规律[D]. 王亚光.燕山大学 2012
本文编号：3514247
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