基于時(shí)間反演的混凝土中應(yīng)力波傳播特性研究.pdf

1、近年來，基于波動法的混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測由于具有監(jiān)測范圍廣、建設(shè)成本低、能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、主動監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的廣泛重視。但是由于混凝土是一種多相復(fù)合膠凝材料，內(nèi)部存在水泥、粗細(xì)骨料等各種組份，導(dǎo)致應(yīng)力波在混凝土中的傳播十分復(fù)雜，會出現(xiàn)嚴(yán)重的波包混疊，并存在嚴(yán)重的散射和衰減，進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)力波的分析和解釋十分困難，限制了基于波動法的混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的大規(guī)模應(yīng)用。由于時(shí)間反演方法不需要先驗(yàn)知識就可以實(shí)現(xiàn)信號的自適應(yīng)聚焦，因此在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

2、領(lǐng)域引起了人們的廣泛重視。本文將波動法與時(shí)間反演理論相結(jié)合，以混凝土材料為研究對象系統(tǒng)地研究了應(yīng)力波在混凝土介質(zhì)中的傳播特性。此外，本文將基于時(shí)間反演的波動法理論引入到后張法預(yù)應(yīng)力管道灌漿密實(shí)度監(jiān)測中，在實(shí)際問題中驗(yàn)證了基于時(shí)間反演的波動法理論的應(yīng)用價(jià)值。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了混凝土介質(zhì)中應(yīng)力波的傳播特性和時(shí)間反演理論在混凝土介質(zhì)中的適用性。本文將壓電陶瓷傳感器預(yù)先布置于混凝土材料的內(nèi)部，充分利用壓電陶瓷材料的雙重感知

3、、執(zhí)行功能，將壓電陶瓷傳感器作為作動器和傳感器使用，去激勵(lì)或者探測應(yīng)力波。并基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，充分研究了混凝土介質(zhì)中激勵(lì)信號的選取規(guī)律、應(yīng)力波的傳播速度、應(yīng)力波波速與頻率之間的關(guān)系、應(yīng)力波傳播的聲學(xué)互易性、時(shí)間反演理論的適用性，輸出信號的穩(wěn)定性和輸入信號與輸出信號之間的關(guān)系。⑵基于Rayleigh阻尼理論，并利用時(shí)間反演方法的自適應(yīng)聚焦特性，研究了混凝土介質(zhì)中應(yīng)力波的吸收衰減規(guī)律，建立了混凝土介質(zhì)中應(yīng)力波的吸收衰減準(zhǔn)則。將Rayleigh阻

4、尼模型與波動方程相結(jié)合，推導(dǎo)出混凝土介質(zhì)中應(yīng)力波的吸收衰減模式，提出了應(yīng)力波吸收衰減系數(shù)的計(jì)算公式，即當(dāng)阻尼比較小時(shí)混凝土中應(yīng)力波的吸收衰減系數(shù)與應(yīng)力波頻率的平方成正比，并在素混凝土梁進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，得出Rayleigh阻尼的質(zhì)量阻尼系數(shù)α和剛度阻尼系數(shù)β。此外，為了驗(yàn)證質(zhì)量阻尼系數(shù)α和剛度阻尼系數(shù)β的正確性，又進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，證明了混凝土介質(zhì)中應(yīng)力波吸收衰減模型的有效性。⑶提出了一種基于波動法的可以有效監(jiān)測后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力