基于导波的钢板-混凝土界面粘结性能评价研究

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混凝土作为当前用量最大的建筑材料,广泛应用于公民用建筑、公路、桥梁等设施中,具有强度高、耐久性好、易于就地取材等特点。然而,在实际工程中,建筑物会出现表面裂缝、损伤等问题,结构的承载力下降,迫切需要进行加固补强,其中粘贴钢板加固法是一种较为常用的结构表面无损加固方法。粘贴于混凝土表面的钢板与原混凝土构件整体协同工作的能力,取决于钢板和混凝土之间的粘结效果,然而在施工阶段或使用阶段,粘贴钢板加固混凝土梁易发生界面滑移和剥离现象,严重影响结构整体刚度和承载能力。因此为防止界面发生脱粘,钢板-混凝土界面粘结情况的检测至关重要。本文提出一种基于超声导波法的钢板-混凝土界面粘结性能评价方法,较传统的无损检测方法具有快速、检测距离长等特点,对粘结损伤识别敏感度高且应用范围广。本文通过GUIGUW软件探究不同导波模态下钢板厚度、频率对Lamb波传播时相速度、能量速度的影响,同时通过模态有限元分析法绘制粘钢加固混凝土多层结构的频散曲线,发现结构中导波主要以A0模态导波的形式存在。引入模态转换理论分析不同脱粘条件下导波的转换规律,同时对比不同的信号处理方法,确认小波包能量谱分析法最适用于检测钢板-混凝土界面的脱粘情况。在数值模拟方面,设置二维模型模拟导波在粘钢加固混凝土中的传播,同时,对比三维模拟结果验证二维模型对粘钢加固混凝土进行简化分析的准确性。在实验检测方面,提出封装压电陶瓷换能器技术,构建了基于信号发生器-功率放大器-示波器的超声导波测量系统以检测钢板-混凝土界面的脱粘情况,验证了小波降噪法处理实验结果的有效性。结合实验和数值模拟结果,分析脱粘始于激励端异侧情况下不同脱粘长度下的信号发现,TA0/A0随着脱粘长度的增加而减小,说明模态转换主要在脱粘结束端发生,通过TA0/A0可以判断脱粘位置。导波传播至脱粘处时会发生频率迁移,采用小波包能量谱分析法计算得到的脱粘指标DIT(Debonding Index)随着脱粘比r(脱粘长度与构件总长度的比值)的增大而增大,DIT可以有效表征r,实现预测脱粘程度的目的。结合试验和数值模拟发现,中间脱粘情况较一端情况检测效果更好,混凝土长度越长,检测越敏感;钢板厚度较混凝土长度而言影响较小;接收器和激励器位于未知构件两端,检测效果较好。
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