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混凝土是一种广泛应用的建筑材料,其质量的监控和检测是建筑工程中的重要课题。混凝土是一种具有微裂隙的非均质材料,力学特性复杂。一直以来,对混凝土抗压性能的研究较多,拉伸性能的研究相对较少,而混凝土拉伸性能对结构的安全起着重要的支配作用。声发射技术是一种能够满足实时动态检测的新型无损检测诊断技术,利用该技术可对混凝土受拉损伤程度及其损伤发展趋势做出判断和预测,进行安全评估。然而声发射技术在混凝土拉伸领域中的应用还刚刚起步,有许多基本问题尚未研究透彻,本文对声发射系统硬件参数的设置、混凝土声发射过程中噪声的过滤以及声发射信号参数的选取三个基本问题进行研究,为今后的混凝土声发射研究工作奠定基础。
本文结合导师所承担的国家自然科学基金重点项目,开展混凝土静态轴拉声发射试验,对声发射试验相关参数进行系统的研究。首先对国内外学者的相关研究成果进行分析总结,针对不同的声发射参数制定相应的试验方案。然后通过混凝土静态轴拉声发射试验,运用参数分析和波形分析相结合的方法,研究声发射系统硬件参数和滤噪参数的影响。最后将混凝土声发射信号参数进行经历图分析和相关性分析,评价和选择在反映混凝土损伤过程方面具有代表性的声发射信号参数。
通过上述研究工作,本文得到以下几个主要结论:(1)利用声发射技术研究混凝土损伤时,应先利用宽频传感器检测材料受载时的声发射频率,然后再进一步选择更适合的传感器类型。需要多个传感器检测混凝土损伤过程时,从三种传感器采集的主要信号频率以及经济性方面考虑,本文选择R6α型传感器;(2)前置放大器增益一般设置为40dB:(3)依据采样定理,本文选择了1MHz的采样率,满足了最大频率的采集,且有利于持续时间较长波形的采集;分析撞击波形时,采样长度应设置为4k;如果没有对触发点之前波形进行分析的特殊需要,一般将预触发值设置为0μs。(4)阈值设置为40dB的中灵敏度检测,适用于混凝土声发射检测;(5)检测混凝土受力损伤过程时,滤波器带通设为5-400kHz。(6)对于静态轴拉混凝土产生的声发射信号,PDT取20μs,HDT取100μs,HLT取300μs;(7)作为撞击计数的补充,能量、绝对能量、信号强度、幅度、振铃以及持续时间六个参数能够较好地体现混凝土轴拉损伤过程的阶段性,主要分为初始、稳定和不稳定三个阶段;(8)平均频率、初始频率、混响频率和峰值频率分布的规律性不明显,利用信号频率参数的变化来预测混凝土的破坏比较困难;(9)持续时间和振铃计数两个参数间相关程度很高,损伤分析时可以相互替代。