基于扭转与弯曲模态导波的钢管混凝土缺陷检测方法

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随着近现代科技的发展,钢管混凝土结构在我国桥梁、高层建筑和大型场馆中得到了广泛的应用。然而,管内混凝土经常出现脱空等隐蔽缺陷,将不同程度地影响结构的整体性和力学性能。因此,对钢管混凝土中的缺陷进行检测是十分必要的。传统的管道检测方法采用逐点检测,检测费时费力,效率不高,而导波技术由于其具有检测效率高,速度快和范围广等优点,现已在金属管道结构缺陷检测中得到应用。本文旨在基于导波技术,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对钢管混凝土中的缺陷检测方法进行研究。主要包括以下几个方面:推导了钢管混凝土中纵向扭转模态和弯曲导波的频散方程,求解获得频散曲线。分析了不同管径的钢管混凝土中导波的频散特性,确定可利用T(0,1)模态和F(1,1)模态导波对钢管混凝土的缺陷进行检测,并提出可以尝试运用较高阶扭转模态导波对大管径钢管混凝土中的缺陷进行检测。介绍了运用ABAQUS软件对钢管混凝土中的导波进行数值模拟的方法。通过对钢管混凝土中导波的数值模拟,提取导波信号进行二维傅里叶分析,将所得结果与理论结果进行对比,验证有限元模拟的正确性。采用数值模拟方法,分别应用T(0,1)模态和F(1,1)模态导波对钢管混凝土中的缺陷进行了检测。结果表明,对于小管径钢管混凝土,采用T(0,1)模态和F(1,1)模态的导波对钢管混凝土的缺陷进行检测是可行的,并从缺陷截面损伤率、径向深度、轴向长度和周向长度四个方面对缺陷的定量检测进行了分析。同时,探索了采用较高阶扭转模态导波对大管径钢管混凝土中的缺陷进行检测的方法。数值模拟结果表明,选择适当的高阶扭转模态,可以对大管径钢管混凝土中的缺陷进行检测。
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