基于声发射和BP神经网络的预应力钢筋砼梁损伤过程分析北大核心CSCD

以预应力钢筋混凝土梁三点弯曲试验为基础,绘制了声发射幅值、能量等AE参数相关图,揭示了预应力砼梁的损伤演化过程;借鉴NDIS-2421定量评定标准,对试验梁的损伤程度做出定性的评价;同时,通过AE特征信号Kurtosis指标的计算对演化过程进一步分析,确定4个典型失效阶段后,建立各失效阶段声发射信号特征参数数据,并设计BP神经网络模型进行训练,训练后的定型网络对梁损伤程度有很好的识别能力。可以为工程中进一步开展预应力钢筋砼结构损伤活动性的长期健康监测提供理论基础和指导。     

预应力钢筋混凝土梁损伤声发射分形特征试验研究

为了探索预应力钢筋混凝土梁声发射信号特征参数与其损伤的演化关系,利用分形理论对预应力钢筋混凝土梁弯曲破坏过程声发射信号特征参数序列的关联维数演化特征进行了分析。研究结果表明:在弯曲破坏过程中,声发射信号能量参数序列在给定的尺度下具有明显的分形特征,不同的加载级数下声发射过程也具有不同程度的自相似性,因此关联维数可以描述预应力钢筋混凝土梁结构的力学状态。AE信号能量参数关联维数的折线下降意味着损伤的出现,关联维数持续下降后并呈水平趋势,可作为预应力钢筋混凝土梁结构临近极限承载力的征兆,这些特征可用于预应力钢筋混凝土简支梁结构健康监测和无损检测。     

预应力钢筋混凝土梁损伤声发射分形特征试验研究北大核心CSCD

为了探索预应力钢筋混凝土梁声发射信号特征参数与其损伤的演化关系,利用分形理论对预应力钢筋混凝土梁弯曲破坏过程声发射信号特征参数序列的关联维数演化特征进行了分析。研究结果表明:在弯曲破坏过程中,声发射信号能量参数序列在给定的尺度下具有明显的分形特征,不同的加载级数下声发射过程也具有不同程度的自相似性,因此关联维数可以描述预应力钢筋混凝土梁结构的力学状态。AE信号能量参数关联维数的折线下降意味着损伤的出现,关联维数持续下降后并呈水平趋势,可作为预应力钢筋混凝土梁结构临近极限承载力的征兆,这些特征可用于预应力钢筋混凝土简支梁结构健康监测和无损检测。     

基于HHT的混凝土损伤AE信号分析新方法

介绍了HHT这一非线性、非平稳信号的处理方法。针对混凝土材料损伤所产生的声发射信号复杂的特点,提出了基于HHT的分析混凝土材料中产生的声发射信号的新方法,借此分析了从预应力混凝土梁在三点弯曲载荷下的破坏实验中拾取的实际AE信号,获得了该损伤信号的Hilbert谱。通过与小波分析结果的比较,显示出该方法具有处理精度高、自适应性强的特点,能有效地提取声发射信号中损伤成分的主要特征,为AE信号处理提供了一种新的途径。     

预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射特性实验研究

利用全波形声发射技术记录了预应力钢筋混凝土梁在3点弯曲荷载下整个破坏过程的声发射信号,并在研究了声发射累计能量随时间变化关系曲线的基础上,采用谱分析对声发射全波形数据进行了分析和处理。以全波形声发射信号的能量分布特性为依据,通过对时域和频域内信号的振幅、频率特征和构件破坏过程的比较,初步得出了预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射信号的参数特性,发现全波形声发射信号能够实时反映预应力混凝土梁破坏过程中的特征信息。     

岩土破坏过程声发射特征的实验研究

通过对重庆黄泥包滑坡处采集的岩土试样进行单轴压缩和拉伸实验,测试了岩土破坏过程的声发射信号,得出了岩土破坏过程声发射的基本特征:在单轴压缩实验中,声发射能量信号随着压力的增加呈现连续增加的趋势,在主破裂时刻有较强声发射能量信号产生;在蠕变实验中,AE在压力上升阶段信号增强,在恒定压力下,AE信号有所减弱,整体趋势较为平缓;在拉伸实验中,岩土的破坏方式呈主震型和群震型;AE信号能够反映岩土受载过程;岩土的抗压强度与声发射能量最大值呈正相关性;加载速率越大,声发射能量最大值也越大。     

基于声发射参量的煤样损伤模型研究

在单轴压缩下煤样损伤模型基本原理的基础上,推导出了基于声发射参量的煤样损伤模型。以原煤为研究对象,在单轴压缩下,对煤样进行声发射实验,验证了基于声发射参量的煤样损伤模型在煤样破坏前是可行的;分析了在单轴压缩下的声发射特性,并提出了基于"归一化"声发射累计计数的损伤变量,得到了在单轴压缩下煤样的应变—损伤方程和煤样的一维损伤本构方程。研究结果表明:声发射参量能够反映煤样内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程;基于声发射参量的煤样损伤模型是合理的,反映了声发射事件数和煤样损伤之间的对应关系;单轴压缩下的煤样损伤演化过程,可分为初始损伤阶段、损伤稳定演化和发展阶段、损伤加速发展阶段和残余损伤阶段4个阶段。     

拉裂-坠落式岩质崩塌失稳过程声信号特征模拟试验研究

岩体崩塌是西南岩溶山区广泛分布的地质灾害,崩塌失稳过程极为迅速,常规监测手段难以有效监测预警。根据岩体崩塌孕育发展力学过程,开展分级蠕变和自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌相似模拟试验,采用声发射系统和无线微震传感器研究崩塌模型失稳过程声信号特征。研究结果表明：位移和应变场均仅在主破裂发展瞬间产生突变,难以提供指示失稳破坏的前兆信息;高频声发射信号的多种时域和频域参数在2种工况下的岩体崩塌相似试验中均表现明显的阶段性特征,可为岩体崩塌失稳提供有效的失稳前兆指示;采用滑动窗口法分析了试验全过程的微震波形信号,根据主频特征可清晰区分3类信号,低频信号在加速损伤阶段出现突降;根据2种工况下相似模拟试验声发射和微震信号的特征,崩塌发展过程可分为渐变阶段、主控面加速损伤阶段和失稳破坏阶段,模拟自然渐变荷载下主控裂纹贯穿失稳更为突然。研究成果为发展岩溶山区岩体崩塌监测预警方法和技术提供了支撑。     

碳纤维桥梁拉索疲劳损伤声发射信号小波分析

碳纤维具有强度高、耐久性好等优点,现已广泛应用于土木工程结构中。用碳纤维材料制作的桥梁高耐久性拉索,已经在多个桥梁中得到应用,但是对这种新型桥梁拉索的损伤监测目前还缺乏有效的手段。本文拟采用声发射技术监测碳纤维桥梁拉索疲劳损伤。首先,通过疲劳试验,得到了拉索整个损伤过程的声发射特征参数,并将声发射特征参数两两组合,研究结果表明:采用计数、能量、持续时间、幅值和时间的相关点图可以来综合表征损伤。其次,基于声发射监测信号特点,考虑用小波变换的奇异性检测来处理声发射信号,分析小波系数的奇异性,采用"节点-幅值"定位检测方法,实现了对拉索的损伤识别。与相关点图相比较,小波分析方法在处理声发射信号时,图形更加清晰,特征更为突出,损伤更易识别,而且还可以利用小波阈值去噪、对声发射信号实行信噪分离、提高信噪比,从而提高损伤识别的准确性。     

锈胀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

为研究锈胀对钢筋混凝土梁疲劳性能的影响,采用电化学快速锈蚀试验得到了不同锈胀程度的钢筋混凝土梁,讨论了初始锈胀裂缝的宽度及分布情况。开展了钢筋混凝土梁的静力及疲劳试验,研究了不同疲劳循环次数后梁的荷载-挠度关系、混凝土疲劳裂缝发展、疲劳寿命及失效模式。试验结果表明:相同静载水平下梁的跨中挠度随疲劳循环的增加而增大,经历相同疲劳循环后梁的刚度退化对锈胀程度敏感性大;锈胀钢筋混凝土梁混凝土裂缝数量减少、裂缝平均间距增大,锈胀程度较低梁的混凝土疲劳裂缝发展具有明显的"三阶段"特征;疲劳试验梁均发生了以纵向主筋疲劳断裂为主要标志的脆性失效形式;锈胀降低钢筋混凝土梁的疲劳寿命,锈胀引起混凝土剥离梁的疲劳寿命下降90%以上。     

基于矩张量的钢筋混凝土构件损伤声发射检测方法

为了利用声发射技术对钢筋混凝土构件损伤进行定量检测,将矩张量在地震工程学中反演震源机制的理论用于结构的声发射无损检测。阐述了基于矩张量理论的声发射检测技术原理,推导了利用矩张量理论反演裂缝机制(裂缝位置、类型和走向)的定量表达式。通过钢筋混凝土梁的四点弯曲试验,按照基于矩张量的声发射分析方法,明确裂缝机制,并与试验结果比较,探讨矩张量理论用于钢筋混凝土结构无损检测的有效性。结果表明:对于钢筋混凝土受弯构件,基于矩张量的声发射无损检测技术能定量地描述结构的裂缝机制,具有较好的准确性。     

混凝土I-II复合型断裂过程声发射特征研究

通过对不同位置预制裂缝的混凝土三点弯曲梁进行声发射试验,开展了不同预制裂缝偏移比下混凝土I-II复合型断裂的声发射过程参数、状态参数、统计参数分布规律,以及参数间相关性研究。结果表明:振铃计数—时间曲线、能量释放率—时间曲线的突变可表征I-II复合型断裂过程的临界状态,随着预制裂缝偏移比的增大,峰值荷载增大,试件脆断性增强;部分声发射过程参数间具有高度或中度相关性;随着裂缝偏移比的增大,试件起裂阶段主频均以低频占优,失稳阶段主频呈现“高—低”趋势。该研究可为混凝土损伤状态判别提供一定基础。     

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征研究

通过对不同位置预制裂缝的混凝土三点弯曲梁进行声发射试验,开展了不同预制裂缝偏移比下混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的声发射过程参数、状态参数、统计参数分布规律,以及参数间相关性研究。结果表明:振铃计数—时间曲线、能量释放率—时间曲线的突变可表征Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程的临界状态,随着预制裂缝偏移比的增大,峰值荷载增大,试件脆断性增强;部分声发射过程参数间具有高度或中度相关性;随着裂缝偏移比的增大,试件起裂阶段主频均以低频占优,失稳阶段主频呈现"高—低"趋势。该研究可为混凝土损伤状态判别提供一定基础。     

疲劳荷载后锈胀RC梁抗弯刚度计算模型

腐蚀和疲劳作用影响钢筋混凝土梁的服役性能,降低结构的剩余使用寿命。为研究疲劳后锈蚀钢筋混凝土梁的刚度退化规律,采用电化学快速锈蚀试验得到了6根不同锈胀程度的钢筋混凝土梁,研究了不同疲劳荷载次数后梁在分级荷载下的荷载—挠度关系、混凝土裂缝发展规律、失效模式,分析了锈蚀水平对钢筋混凝土梁疲劳寿命的影响。试验结果表明,钢筋混凝土梁的挠度发展分快速上升—稳定—失稳三个阶段,混凝土锈胀对梁疲劳寿命的影响较大。引入刚度修正系数,发展了疲劳荷载后锈胀钢筋混凝土梁抗弯刚度计算方法,该方法可考虑疲劳作用、锈胀、混凝土弹性模量退化等因素的影响,并通过本文试验及现有文献中的试验结果进行了验证,可用于日后老化钢筋混凝土桥梁在疲劳荷载作用下的挠度计算和寿命评估。     

考虑黏结性退化的锈蚀PC梁抗弯承载力计算方法∗

钢绞线锈蚀降低了其与混凝土间的黏结性,导致钢绞线与其周围混凝土间的变形不协调,影响预应力混凝土梁的抗弯性能。采用快速锈蚀试验得到了不同锈蚀程度的16个有箍筋和无箍筋拉拔试件,通过拉拔试验得到了试件开始滑移及破坏时的拉拔力;回归了黏结折减系数与锈蚀率之间的关系式,并将其融入到预应力混凝土梁的抗弯承载力分析模型中,提出了考虑黏结性退化的锈蚀预应力混凝土梁抗弯承载力计算方法。试验结果表明：有箍筋试件的黏结强度大于无箍筋试件;随着钢绞线锈蚀水平的增大,箍筋对黏结强度退化的约束作用逐渐减小;黏结折减系数随锈蚀率的增加呈指数函数规律递减。将理论值与本文及已有文献中锈蚀预应力混凝土梁抗弯性能试验结果进行了比较,计算结果表明本方法预测精度较高,最大误差在6%以内,验证了本抗弯承载力计算方法的适用性,可为服役预应力混凝土桥梁抗弯承载力评估提供参考。     

基于瞬态分析法的预应力与非预应力钢筋混凝土梁动力响应对比分析*

提出了基于瞬态动力分析完全法的预应力钢筋混凝土梁爆炸冲击模拟方法，并采用已有试验结果验证了方法的合理性，进一步对比探讨了非预应力钢筋混凝土梁与预应力钢筋混凝土梁的动力响应差别和响应机制。研究结果表明：爆炸荷载作用下，钢筋混凝土梁的跨中底部位置最先发生塑性变形，混凝土容易受拉开裂，且爆炸荷载越大开裂越严重；由于预应力筋的存在，预应力钢筋混凝土梁跨中挠度显著减小，预应力钢筋混凝土梁开裂范围大幅减小，裂缝深度也显著降低，但是浅层裂缝的横向分布范围稍有增加；预应力改善了梁的受力状态，使得梁所受荷载均布转移，在爆炸冲击荷载作用下，大部分应力都由预应力筋来承担，非预应力钢筋的应力较小，预应力筋是提高结构抗爆性能的关键点；当脉冲荷载卸载至零后，梁跨中的挠度均能恢复至自重状态下的变形量，说明预应力钢筋混凝土梁在爆炸冲击荷载作用下，仍处于弹性工作状态，这与非预应力钢筋混凝土梁显著不同。模拟研究结果对预应力钢筋混凝土结构抵抗爆炸荷载领域的应用有一定的参考意义。     

利用压电传感器的仿真混凝土损伤探测研究

提出了一种探测仿真混凝土结构内部损伤的压电波动传感方法,并通过仿真混凝土梁的构件试验对其有效性进行了验证。将压电传感器埋置在仿真混凝土梁中,采用正弦线性扫频激励来驱动特定位置的压电陶瓷传感器,将其他位置的压电传感器作为探头接受弹性波信号,实现对仿真混凝土构件的损伤检测。试验中,分别对完好和不同损伤程度下的仿真混凝土梁进行扫描,通过对接收信号的时域、频域和小波变换分析,识别仿真混凝土梁损伤的出现和发展。结果表明:在仿真混凝土梁中一定传播距离内,信号幅值变化、频率偏移和基于小波包分析的损伤指数对构件的损伤十分敏感,这些数据的变化趋势可以有效地反映构件的损伤程度,可将这类压电传感器用于混凝土坝动力模型试验的损伤监测研究。     

T型梁桥损伤肋梁对承载力的影响及其加固研究

针对辽阳市中华大桥局部结构损伤对其承载力影响的问题,通过现场静力试验和损伤检测,得出了系统的现场数据,将该数据与桥梁破坏前的检测数据进行对比,确定结构的主要损伤为预应力T型主梁连接处的肋梁严重破损.用大型三维有限元软件ANSYS中的生死单元技术模拟破坏肋梁,建立了单跨损伤肋梁有限元数值模型,并将有限元数值分析结果与检测...     

声发射技术在桥梁结构健康监测中的应用研究进展

声发射技术作为一种被动的、动态的监测手段,在工程和材料领域得到了广泛的应用,正日益受到桥梁结构健康监测研究者的关注。本文回顾了近年来国内外基于声发射技术的桥梁结构健康监测研究状况。首先,简要介绍了声发射的基本原理和声发射信号处理方法;其次,详细分析了声发射技术在桥梁结构健康监测中的研究成果,包括钢筋混凝土桥、钢结构桥、桥梁结构关键构件和无线声发射传感器及其网络等;最后,分析了声发射技术在桥梁结构健康监测领域应用中存在的一些问题,并对声发射技术的应用前景进行了探讨。     

无粘结部分预应力混凝土梁恢复力模型的研究

在已完成的16根无粘结部分预应力混凝土梁低周反复荷载试验的基础上,对不同配筋率的13根无粘结部分预应力混凝土梁进行了分析,建立了无粘结部分预应力混凝土梁的弯矩-曲率恢复力模型,根据得到的弯矩-曲率恢复力模型,采用虚梁法编程计算了无粘结部分预应力混凝土试验梁的弯矩-挠度滞回曲线,计算结果与试验结果吻合良好。恢复力模型的建立为无粘结部分预应力混凝土梁的抗震性能研究提供了理论依据,具有理论和工程实际意义。