基于声发射技术的钢筋混凝土梁损伤识别研究及数值分析

论文摘要

结构的安全性与耐久性一直是人们关心的话题,也是工程设计的核心内容之一,对结构破损进行有效的监测和预警是工程人员一直不断追求的目标。损伤识别的方法很多,其中声发射技术是根据材料或结构内部发出的弹性波来判断材料或结构内部损伤程度变化的一种无损检测方法。声发射的突出特点是动态和实时,即可以连续地检测材料或结构内部变形或损伤演化的全部过程。正是由于声发射检测技术的这种实时、动态、方便、直观的特点,越来越引起广大学者的热切关注。混凝土是一种最为普通的土木工程材料,其应用范围之广、安全性之重要是众所周知的,因而很自然地将声发射技术应用到混凝土结构的检测中去。大部分桥梁结构是钢筋混凝土结构,因而如何利用声发射技术来检测实际的工程结构,特别是将其应用到桥梁结构的检测中,实现在线实时的监测,已成为一个比较热门的研究课题。声发射技术对钢筋混凝土结构的检测效果如何,将会对其在实际结构的监测应用方面具有重要的指导意义。基于为钢筋混凝土桥梁结构提供切实可行的实时健康监测方法的目的,本文采用声发射检测技术中的参数分析方法研究混凝土简支梁在加载过程中内部裂纹发展的实时声发射特性,实验结果验证了这种方法不但可以通过内部缺陷的特性来判断宏观裂缝出现的时刻,而且可以很好的确定声发射源的位置。同时利用有限元分析软件对混凝土裂纹发展过程进行数值模拟,结果表明数值计算结果与声发射技术检测结果对结构裂纹发展有很好的吻合,所以验证了声发射检测方法的准确性和有效性,证明利用声发射技术对混凝土结构的检测是可行的,并提出利用声发射与数值模拟相结合作为结构损伤识别的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 损伤识别的方法
• 1.3 声发射技术发展概况及应用
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 断裂损伤力学基本原理
• 2.1 断裂力学简介
• 2.1.1 线弹性断裂力学
• 2.1.2 非线性断裂力学
• 2.2 损伤力学简介
• 2.2.1 损伤现象
• 2.2.2 损伤变量D
• 2.2.3 混凝土的损伤模型
• 2.3 混凝土裂缝类型及成因
• 2.3.1 荷载裂缝
• 2.3.2 非荷载裂缝
• 2.4 本章小结
• 第3章 声发射检测技术基本原理
• 3.1 声弹性原理
• 3.2 声发射检测原理
• 3.3 声发射检测仪器
• 3.4 声发射表征参数
• 3.5 混凝土材料损伤与声发射参数的关系
• 3.6 声发射源的定位
• 3.7 本章小结
• 第4章 声发射检测钢筋混凝土梁的损伤及数值模拟
• 4.1 试件介绍
• 4.2 实验过程及声发射特性
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验方案
• 4.2.3 实验结果及分析
• 4.3 有限元分析
• 4.4 声发射、数值模拟和实验结果三者的比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目