工程锚固结构有效应力无损检测技术研究

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预应力钢绞线与高强度螺栓分别是预应力混凝土结构和钢结构的重要锚固构件,钢绞线的预应力与高强度螺栓的预紧力影响着结构的安全性与稳定性。钢绞线预应力过大会造成钢绞线的疲劳或断裂,过小则会造成梁体下挠、垮塌,危及工程安全;高强度螺栓的预紧力过大会导致螺栓强度破坏,过小则会导致连接件松弛,影响结构的稳定性。因此钢绞线预应力与高强度螺栓预紧力的检测尤为重要。声波无损检测技术对于工程锚固结构的有效应力测试具有重要的作用,本文通过对声波测试信号的时域、频域等声学信息进行对比分析与提取,将提取出的声学特征参数用来评价结构的应力状况,有助于提高钢绞线预应力与高强度螺栓预紧力的检测效率与检测精度。本文的主要研究内容与结果如下:(1)研究了不同预应力状态下钢绞线锚头的声波传播特性。通过建立存在不同预应力状态下钢绞线锚头的有限元模型,并对不同模型接收到的模拟信号进行时域信息及频域信息的对比分析,观察不同预应力对声学特征的影响,从频谱信号中提取声学特征参数,定义对数标准差来描述钢绞线预应力的大小。结果表明,对数标准差对钢绞线预应力较为敏感,随着钢绞线预应力的增大而增加,能够用于识别预应力钢绞线的应力状态。(2)进行了预应力钢绞线测试模型的试验研究。通过对处在不同预应力状态下的预应力钢绞线锚头进行声学测试,并对不同模型所接收到的响应信号进行时域信息及频域信息的对比分析,预应力钢绞线张拉模型测试结果表明,采用对测方式(激发与接收位置呈180°)时接收到的声波信号较为稳定,进而表明在模拟研究中,激发与接收位置的设置较为合理;对数标准差l随着钢绞线预应力的增加呈现对数函数增加的趋势,对数标准差可以较为准确的描述出钢绞线预应力的大小,能够用于定量分析预应力钢绞线的预应力值。(3)研究了不同预紧力状态下高强度螺栓的声波传播特性。通过建立不同预紧力状态下高强度螺栓的有限元模型及试验模型。对不同模型得到的声波信号进行时域信息及频域信息的对比分析,从时域信号中提取第一波谷所对应的声时作为声学特征参数,将特征参数与高强度螺栓预紧力建立联系。结果表明,特征参数会随着螺栓预紧力的增大,呈现出幂函数下降的趋势。本文通过对钢绞线与高强度螺栓的声学信息进行分析,并提出能够用于反映两者有效应力的声学特征参数,为实现快速检测与定量检测提供了理论依据。
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