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混凝土结构的应力状态,是评估其运营期间安全性能的重要指标。不同于传统的应力检测方法,本文以超声尾波为研究对象,分析多个荷载等级下钢筋混凝土简支梁的应力幅值特征。基于奇异值分解的理论方法,对应力幅值矩阵进行特征分解,构建了用于荷载拟合的特性向量。应力幅值作为信号处理的关键数据,要保证重复试验的超声尾波具有稳定性,为此展开了不同耦合条件的对比试验,并推导出三种优化数据的方法,最终选定了环氧树脂耦合剂和基于傅里叶变换的波形重采样方法,以提高应力幅值的稳定性。对梁的不同应力状态进行超声尾波采集,分析应力幅值矩阵与外荷载的线性关系和试验结果的重复性,评价超声尾波与荷载拟合模型的准确度。主要研究内容如下:
(1)分析超声尾波在混凝土结构中的传播机理、信号特征和影响因素,调研声学信号的一般处理方法,提出基于奇异值分解的分析思路,建立应力幅值矩阵的荷载拟合模型,制定超声尾波研究梁应力状态的技术主线。对原始数据的稳定性优化,提出基于傅里叶变换和线性插值的预处理方案,以减小试验条件对荷载波形造成的影响,使得应力幅值矩阵的特性向量对试验荷载能够达到准确、可靠和稳定的拟合效果。
(2)根据超声尾波理论和梁的计算模型,设计合理的试验加载方案,以达到混凝土结构发育超声尾波的最佳应力状态。比较不同荷载下的超声尾波相关系数,设定测试所需的最佳采样频率、时域范围和信号增益等参数。为查找数据稳定性的试验影响因素,展开了不同类型的对比试验,分析超声尾波能量与流质耦合剂、固体耦合剂、试验环境温湿度和超声波仪器温度之间的同步变化关系,确定出本文试验的最佳测试条件。
(3)按从静到动的加载方式进行试验研究,首先分析自重应力下超声尾波的幅值稳定性,找到在静止状态时影响试验结果的主要因素;再进行间天加载试验,目的是在增加荷载时尽量减小不必要的扰动,分析尾波幅值与应力状态的定性关系。最后进行重复加载试验,以模拟梁的真实荷载工况,分析拟合值在横向上的线性相关系数和纵向上的标准差。对三种试验方案的影响因素进行分析,并将所有原始数据进行预处理优化,结合波形的幅值特征,量化荷载拟合结果的改善程度。
(1)分析超声尾波在混凝土结构中的传播机理、信号特征和影响因素,调研声学信号的一般处理方法,提出基于奇异值分解的分析思路,建立应力幅值矩阵的荷载拟合模型,制定超声尾波研究梁应力状态的技术主线。对原始数据的稳定性优化,提出基于傅里叶变换和线性插值的预处理方案,以减小试验条件对荷载波形造成的影响,使得应力幅值矩阵的特性向量对试验荷载能够达到准确、可靠和稳定的拟合效果。
(2)根据超声尾波理论和梁的计算模型,设计合理的试验加载方案,以达到混凝土结构发育超声尾波的最佳应力状态。比较不同荷载下的超声尾波相关系数,设定测试所需的最佳采样频率、时域范围和信号增益等参数。为查找数据稳定性的试验影响因素,展开了不同类型的对比试验,分析超声尾波能量与流质耦合剂、固体耦合剂、试验环境温湿度和超声波仪器温度之间的同步变化关系,确定出本文试验的最佳测试条件。
(3)按从静到动的加载方式进行试验研究,首先分析自重应力下超声尾波的幅值稳定性,找到在静止状态时影响试验结果的主要因素;再进行间天加载试验,目的是在增加荷载时尽量减小不必要的扰动,分析尾波幅值与应力状态的定性关系。最后进行重复加载试验,以模拟梁的真实荷载工况,分析拟合值在横向上的线性相关系数和纵向上的标准差。对三种试验方案的影响因素进行分析,并将所有原始数据进行预处理优化,结合波形的幅值特征,量化荷载拟合结果的改善程度。