声发射技术在混凝土结构健康监测方面的应用研究

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在使用期限内,由于长期的荷载作用或突然的灾害,混凝土结构会出现安全隐患,严重的会危及人的生命财产安全。为了防止此类事故的出现,对结构物进行健康检测或监测是必要的。而土木工程无损检测技术对评价和确保结构的安全性具有重要作用。 声发射技术作为一种动态的无损检测方法,在健康监测方面有着广泛的应用。但由于土木工程中常用的钢筋混凝土是非均匀的、多孔的和各向异性复合材料,不仅结构复杂,而且其性质的分散性极大。使得机械行业中十分有效的声发射技术,在土木工程中却常常无能为力,往往需要在技术和工艺上做较大的改进才能在土木工程中应用。 本文研究了声发射技术在混凝土材料健康监测方面的应用,主要是加固构件破坏过程的监测和预警,以及碳纤维混凝土中疲劳裂缝扩展过程的监测。通过实验研究,提出了合适的监测方案,有效的排除了外部环境条件的影响,并对实验结果进行了合理的参数分析,提取了能反应材料内部变化的信息,为实际监测提供了相关依据。在监测钢丝网加固混凝土柱轴压破坏的实验中,结果发现声发射信号特征和破坏的形式有良好的相关性;声发射参数分形特征和破坏过程有着紧密内在的联系,相应的关联维数可作为预警破坏的参数。在利用声发射技术研究碳纤维混凝土断裂和疲劳性能的实验中,发现在断裂过程中,短碳纤维在基体裂缝产生临界扩展后,发挥了阻裂作用。并采用设置触发传感器,有效监测一定区域的声发射信号,从而实现了对疲劳裂缝的追踪监测。 此外还研究了利用声发射技术评估碳纤维水泥基材料制作工艺,特别是对不同的分散性和孔隙大小引起的力学和电学性能变化进行了实验研究,得到有益的结论。
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