Lamb波在灌浆套筒中传播的数值模拟及分析

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装配式混凝土结构的安全性在很大程度上取决于其装配及施工工艺。灌浆套筒作为装配式建筑结构体系常用的连接方式,其施工质量将在很大程度上影响节点的承载能力进而影响结构的整体性能。然而,目前对于套筒灌浆施工质量还缺乏有效的无损检测方法。结合智能骨料的导波无损健康检测具有效率高、费用低及适用范围广等特征,已经在各个检测领域有一定发展和应用实例。本文主要研究内容包括以下几方面:(1)基于ABAQUS有限元数值模型与MATLAB汉宁窗调制的激励信号,对混凝土构件中导波传播状态进行分析,研究Lamb波在结构物中的传播特点,为其应用于装配式节点无损检测给出了分析的基本思路与可行步骤。(2)通过建立三维灌浆套筒有限元模型,在单发单收、单发异收等不同模式下,研究不同介质参数对检测结果的具体影响方式及影响程度。依据接收点时域信号的初始响应时间,对不同剪力槽数量的灌浆套筒的整体工作性能做判断,在单发异收模式下,时域峰值随着灌浆料密度(2400kg/m3-3900kg/m3)和泊松比(0.1-0.3)的增大而减小;探究了多介质状态下的灌浆套筒最适频率和周期的选择条件,传播介质及结构的差异化会导致模型选取的导波最适频率及周期不同的结论;通过删除单元的方式来制造不同的缺陷位置及深度,探讨了在不同工况下灌浆套筒内部的导波传播状态及差异,确定了缺陷回波峰值随着截面损伤率的增大而增大的关系,且截面损伤率为100%时,峰值比最大为53.6%。(3)预埋状态是灌浆套筒的实际工作状态。首先,建立预埋状态的灌浆套筒数值模型,选定Lamb波的最适频率和周期。探究了预埋状态与真空状态下灌浆套筒在相同的激励信号作用下,接收点时域信号的变化特点及导波传播特征的差异;研究了在预埋状态下,不同预埋混凝土截面高度(0.4m-1.2m)与接收点缺陷回波峰值之间的关系;在预埋状态下通过设置不同缺陷长度(0.02m-0.1m)的灌浆料,根据灌浆套筒的传播性能及应力云图的相关特征,判断缺陷回波具体时间;通过在不同深度缺陷构件中探伤检测结果表明,采用单发单收的信号接收方式,可以显著观察到缺陷回波峰值随着灌浆料缺陷长度的增大而增大,由此证明Lamb波应用于灌浆套筒无损检测是可行的。
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