基于声发射技术的在役砖砌体结构损伤评估方法研究

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目前,在世界范围内的建筑结构形式中,砌体结构仍占据着相当大的比例。砌体结构的损伤通常以表面裂缝和内部孔洞的形式呈现,这些损伤的扩展和演变会严重威胁结构的安全。研究砌体内裂缝等损伤的状态对于在役砌体结构的健康监测至关重要。本文基于声发射监测技术,研究了声发射信号在砖砌体试件内的传播衰减特性,分别分析了实验室砖砌体试件和在役砌体砖墙在轴心受压和原位轴压试验中的声发射参数特征,并将两种试验情形下的声发射参数特征进行讨论与分析。最后,将声发射速率过程理论引入到砖砌体损伤的定量评估中。本文主要研究内容如下:(1)利用断铅试验模拟声发射源,分析了声发射信号在砖砌体内的传播衰减特性。根据声发射信号上升时间的统计分析确定了声发射应用于砖砌体结构时其时间参数(PDT、HDT和HLT)的取值;根据信号幅值的衰减规律确定了传感器布置时的最大距离限值。(2)基于声发射监测进行了实验室砖砌体试件的轴心受压试验,分析了整个加载过程中声发射振铃计数、能量和峰值频率的变化特征。研究发现:振铃计数和能量的变化与试件的破坏过程存在着较好的一致性;根据振铃计数、能量和二者的累积变化曲线,可大致将整个试验过程分为三个阶段,在最后的试件破坏阶段,声发射低频带所占比例明显高于高频带所占比例,该特征可作为砖砌体构件局部失效的一个前兆。(3)研究了在役砌体砖墙在原位轴压试验下的声发射振铃计数、能量、峰值频率和b值的变化特征,并将实验室轴心受压和现场原位轴压试验下的声发射参数特征进行讨论与分析,结果表明:多个参数在砖砌体损伤的不同阶段呈现出各自显著的特点,根据这些参数的变化特征,可以定性地识别出砖砌体内损伤扩展的三个阶段。(4)借鉴声发射速率过程理论在混凝土等脆性材料损伤评估中的应用,首次将其数学模型引入到砖砌体材料损伤的定量评估中。结果表明:Dai模型下的概率密度函数f(V)的变化规律与砖砌体内微裂缝的形成和发展过程更吻合,该模型适用于砖砌体内动态损伤的实时评估;声发射事件数和损伤因子之间存在较强的线性相关关系,砖砌体的损伤程度增量(ΔD)可以根据该线性关系得到。
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