基于叠加偏移成像技术混凝土结构损伤识别方法

摘要

将地震波叠加偏移成像技术运用于混凝土结构的无损检测(nondestructive test，NDT)中，形成一种新型的损伤检测方法，为土木工程结构健康监测系统(structure health monitoring system，SHMS)的研究奠定必要的理论基础，并为混凝土结构的维护、加固、改造提供理论依据。 本文首先介绍了叠加偏移成像的理论基础以及在地球物理勘探中几种常用的偏移方法，然后结合数据处理流程，着重阐述了两种常用的数字滤波方法：一维频率滤波及二维视速度滤波。在对预埋裂缝混凝土梁的检测中，将多驱动/传感技术运用于混凝土结构的损伤识别中，换能器采用适合混凝土材料弹性波传播频率范围的声发射传感器，其中心响应频率为150KHz。通过分析不同参量的叠加振幅曲线及试验验证了适合多次覆盖系统观测的激发间距、激发接收距、接收间距、排列长度等参数的选择范围。借鉴地震勘探数据处理方式，根据弹性波在混凝土材料中的传播特性以及混凝土损伤检测自身的特点制定出一套适合预制损伤混凝土梁的叠加偏移成像数据处理流程。数据处理中采用了水平叠加及绕射扫描叠前偏移技术，其基本思想都是将反射界面的反射波同相振幅相叠加，其他随机干扰信号因不同相而相互减弱，从而提高信噪比，突出反射界面。试验结果表明了叠加偏移成像技术对预埋在混凝土构件中的裂缝探测的有效性和准确性，与其它常规方法(超声波检测)相比具有独特的优势：损伤评估更直观，简明，信息量更丰富。 本论文的研究成果是在实验室环境下完成的，这种方法应用于到工程实践中尚需进一步改进，结合其他更先进的传感器和数字处理手段或理论，可以进一步提高成像精度，改善成像剖面。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1选题背景、理论依据及其意义

1.2国内外发展现状和发展趋势

1.3选题依据

1.4本文研究的主要内容

1.5本文研究的主要创新点

第二章叠加偏移成像基本理论

2.1偏移概论

2.2水平叠加法的基本原理

2.2.1水平叠加观测系统

2.2.2水平裂缝界面共反射点时距曲线

2.2.3倾斜裂缝界面的共中心点时距曲线

2.2.4动校正(NMO)与水平叠加

2.3共反射点多次叠加效应

2.3.1振幅特性

2.3.2相位特性

2.3.3叠加参数的选择

2.4时深转换

2.5绕射扫描叠前偏移

2.5.1偏移归位的基本原理

2.5.2射线理论

2.5.3偏移算法

2.5.4绕射扫描叠前偏移的优点和问题

第三章数字处理的基本理论

3.1引言

3.2预处理

3.2.1数据重排

3.2.2不正常接收通道、不正常激发处理

3.2.3初至切除

3.3数字滤波处理

3.3.1引言

3.3.2一维频率滤波

3.3.3二维视速度滤波

3.4修饰性处理

3.4.1振幅均衡

3.4.2相干加强

第四章结构损伤识别试验方案设计

4.1引言

4.2裂缝混凝土梁的制作

4.2.1混凝土结构裂缝产生原因及分类

4.2.2混凝土结构中裂缝的分类

4.2.3含裂缝混凝土梁试件设计与制作

4.3结构损伤识别方案设计

4.3.1试验目的

4.3.2试验仪器与试件

4.3.3试验过程

4.3.4试验注意事项

第五章叠加偏移成像技术试验结果分析

5.1引言

5.2试件S1试验结果分析

5.2.1测试参数的确定

4.5.2结果分析

5.3试件S2试验结果分析

5.3.1测试参数的确定

5.3.2结果分析

5.4试件L1试验结果分析

5.4.1测试参数的确定

5.4.2结果分析

5.5试件L2试验结果分析

5.5.1测试参数的确定

5.5.2结果分析

5.6结论及偏差分析

5.7超声波检测结果验证(ZBL-U520/510非金属超声检测仪)

5.7.1超声波检测原理

5.7.2超声波检测结果及分析

第六章结论及展望

6.1结论

6.2展望

附录

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的主要论文