【摘 要】
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栓钉连接件作为剪力键形式之一,具有易加工、施工快捷和连接性能好等优点,已经广泛应用在钢混组合梁桥中。钢梁与混凝土板两种不同材料的结构通过栓钉连接件组合成一体,进而形成在横截面内共同受力的结构,故栓钉连接件是组合梁桥的关键构件。当埋藏在混凝土桥面板内部的栓钉出现损伤时,会降低栓钉的工作性能,进而影响结构的安全性能和使用性能。因此,组合梁内部栓钉损伤的检测与描述是评估既有钢-混凝土组合梁桥技术状况和安
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栓钉连接件作为剪力键形式之一,具有易加工、施工快捷和连接性能好等优点,已经广泛应用在钢混组合梁桥中。钢梁与混凝土板两种不同材料的结构通过栓钉连接件组合成一体,进而形成在横截面内共同受力的结构,故栓钉连接件是组合梁桥的关键构件。当埋藏在混凝土桥面板内部的栓钉出现损伤时,会降低栓钉的工作性能,进而影响结构的安全性能和使用性能。因此,组合梁内部栓钉损伤的检测与描述是评估既有钢-混凝土组合梁桥技术状况和安全可靠度的重要前提和基础,是钢混组合梁桥运营维护的主要参考指标之一。由于栓钉连接件埋于混凝土内部,传统的检测方法无法有效精准的检测其损伤,亟需通过引入和改善现代化的检测手段,实现对栓钉损伤的无损检测和定量描述。声发射技术是一种动态无损检测技术,可长期监测桥梁结构及其关键构件的损伤。本文基于声发射技术对栓钉连接件的损伤进行检测与评估,主要工作内容如下:(1)基于数值模拟方法的声发射波在栓钉推出试件中的传播特性研究基于波动方程得到了声发射波在混凝土和钢材中的传播速度。根据栓钉推出试件的结构和构造,利用ABAQUS软件分别模拟了声发射波在混凝土板中、混凝土板与钢板耦合界面处、栓钉推出试件中的传播特性。首先,通过模拟断铅信号激励下和指数振荡衰减信号激励下声发射波在混凝土板中的传播特性,发现两种激励下得到的声信号在波形形状和幅值衰减特性方面基本相同,断铅信号激励下得到的声发射波传播速度误差较小。然后,通过混凝土板与钢板耦合界面前后声信号在时域图和频域图方面的对比,得到了声发射波在耦合界面处的变换形式和衰减特性。最后,通过栓钉推出试件中断铅试验信号和仿真声信号的波形对比,证明该数值模拟方法可用于分析声发射波在复杂结构中的传播特性;并基于声发射信号的衰减特性,得到了传感器可检测到声信号的有效距离。(2)声发射检测关键技术及栓钉推出试件损伤过程的力学特征研究采集栓钉损伤过程的声发射信号时,容易受到环境噪音的影响,通过设置合适的门槛值对声信号进行降噪处理。声源定位时需要用到波速参数,根据栓钉推出试件的构造,通过测量多个方向的波速得到了声发射波在栓钉试件中传播的平均速度。声源定位技术可用来识别不同的损伤源,考虑声衰减和能量参数的定位公式可准确确定声源位置。通过三组栓钉推出试件的剪切破坏试验,得到了栓钉连接件滑移变形的规律。根据荷载-位移曲线,将栓钉损伤全过程划分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和下降段四个阶段。(3)栓钉推出试件损伤过程的声发射特征参数研究结合栓钉推出试件的荷载-时间曲线,对栓钉损伤全过程的声发射特征参数进行了分析。通过声信号特征参数的分布图、关联图和累积图,分析了能量、振铃计数、幅值、上升时间和持续时间五个特征参数在各个力学行为阶段的变化特征。分别建立了以能量累积值、振铃计数累积值、幅值累积值、上升时间累积值和持续时间累积值为参数的栓钉损伤模型,定量地分析栓钉损伤程度。通过试验数据和损伤模型数据的对比,五个损伤模型均能准确地描述栓钉的损伤。能量累积值易观察栓钉损伤的发展情况,振铃计数累积值、幅值累积值、上升时间累积值和持续时间累积值随时间变化规律基本相同。因此,以能量累积值为参数建立栓钉损伤模型,并用振铃计数累积值建立的栓钉损伤模型辅助验证,得到了栓钉不同损伤阶段的损伤度、损伤曲线斜率及其变化趋势。
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