锚杆无损检测中声频应力波衰减规律研究

摘要

本文借助工程波动理论，结合全长粘结型锚杆的结构受力特点，建立数学力学模型推导出应力波在锚杆中的传播规律。分析了应力波在锚杆锚固体系中缺陷点处的传播、反射及衰减规律，得到衰减规律与空间域和时间域之间的关系，并分析讨论了空间域与时间域之间的相互关系。依据理论推导分析，建立分析模型，并借助ANSYS/LS-DYNA有限元模型软件，进行了数值模拟。同时设计现场模型试验，并通过实际工程，验证理论推导的正确性。借助应力波衰减规律，研究全长粘结型锚杆因施工工艺所导致的缺陷在无损检测中的波形反映，准确的判断锚固体系中的缺陷位置。
　　本文所得结论如下:
　　1.借助工程波动理论，以应力波在细长杆中的传播理论以及在锚杆锚固体系中缺陷点处的传播、反射及衰减规律，建立了应力波衰减与时间域和空间域之间的函数关系;
　　2.建立分析模型，借助有限元模拟软件建立模型，模拟完整状态下、不同位置缺陷状态下全长粘结型锚杆中应力波的传播、反射及衰减规律;
　　3.通过数值模拟建立模型验证了应力波衰减与空间域之间的关系;
　　4.设计现场模型试验对锚杆锚固体系的阻尼系数及波速进行了反演;
　　5.根据应力波传播衰减规律，提出了锚杆锚固体系中缺陷点处应力波形波形的分析和判别方法;
　　6.借助数值模拟软件，得到了密实状态下、中空缺陷状态下锚杆锚固体系无损检测的应力波波形图;
　　7.通过实际工程验证了无损检测及中空缺陷定位的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 锚杆锚固质量的评价方法与现状

1．2 锚杆无损检测

1．2．1 应力波法检测研究现状

1．2．2 应力波法检测理论研究现状

1．2．3 应力波法检测技术及应用现状

1．3 应力波衰减规律的研究现状

1．4 本课题提出及研究的背景

1．5 本文研究思路及研究方法

第2章 无损检测理论基础

2．1 细长杆中纵波波动方程的解

2．2 有限杆长纵波波动方程求解

2．3 性质突变处应力波的反射与透射

2．4 应力波衰减规律的理论研究

2．4．1 介质的品质因子

2．4．2 介质品质因子与应力波传播的关系

第3章 有限元数值模拟

3．1 软件简介

3．2 ANSYS／LS-DYNA数值模拟

3．2．1 有限元数值模拟计算模型选取

3．2．2 有限元数值模拟计算参数取值

3．2．3 有限元数值模拟计算设计

3．3 有限元数值模拟计算结果及分析

3．4 阻尼系数反演

第4章 全长粘结型锚杆模型试验

4．1 模型试验设计

4．1．1 激发应力波频率选取

4．1．2 加速度传感器选取

4．1．3 数据采集时间间距选取

4．1．4 波速的计算与选取

4．1．5 模型制作

4．2 杆端无约束情况下检测结果及分析

4．2．1 检测结果及分析

4．2．2 阻尼系数反演

4．2．3 应力波波速反演

4．3 龄期对无损检测的影响

4．3．1 应力波波速与龄期关系

4．3．2 振幅比值与龄期关系

4．2．3 阻尼系数与龄期关系分析

第5章 注浆缺陷检测研究

5．1 注浆缺陷锚杆模型设计

5．2 注浆缺陷情况下锚杆检测结果及分析

5．3 锚杆锚固体系中的缺陷位置反演分析

第6章 现场试验

6．1 现场工地工程概况

6．2 检测方法

6．2．1 激发器的选择

6．2．2 波速计算

6．2．3 传感器安装

6．3 现场检测结果分析及效果评价

结论与展望

致谢

参考文献

附录A：不同位置处数值模拟应力波波形图

附录B：3．5m钢筋混凝土不同龄期检测图