预应力钢绞线超声导波检测技术实验研究

摘要

在预应力结构中,高强度低松弛钢绞线的健康状况直接影响结构的耐久性及安全性。一方面,钢绞线表面形成的缺陷在拉应力作用下,将不断发展,直至钢绞线断裂；另一方面钢绞线中的预应力损失,会使结构的承载能力下降,给结构带来潜在危害。超声导波技术能够同时对钢绞线上预应力大小和缺陷进行检测,是解决这一问题的有效方法。本课题实验研究了纵向模态在钢绞线中的传播特性,主要研究工作如下： (1)基于波动理论,得到钢绞线中传播的纵向模态的频散曲线；在实验室条件下,搭建超声导波检测实验系统,根据频散曲线选择合适的导波模态和频率,采用多种传感器和多种激励接收方式对钢绞线进行检测,研究纵向模态在其中的传播特性。 (2)使用纵向模态L(0,1)对钢绞线上的人工缺陷进行检测,通过对接收信号进行小波降噪处理来提高信号的信噪比,从而识别缺陷回波信号,并在钢绞线上对缺陷进行准确定位。 (3)基于波动理论和声弹性理论,得到不同应力状态下钢绞线中纵向模态的频散曲线,建立导波群速度和应力之间的对应关系,分析纵向模态的声弹性特性；在实验室条件下,使用L(0,1)模态对不同应力状态下的钢绞线进行检测,得到实际中导波群速度和应力之间的对应关系。 (4)在埋置于水泥介质的钢绞线中,实验研究了水泥埋置长度以及水泥埋置时间等因素对L(0,1)模态信号衰减的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.3课题来源及研究内容

1.4本章小结

第2章超声导波及信号处理的基本理论

2.1钢绞线几何结构分析

2.2超声导波概述

2.2.1导波的基本概念

2.2.2导波的多模态与频散特性

2.2.3钢绞线中的纵向轴对称模态

2.3信号处理与信号分析

2.3.1基于离散小波分解的信号降噪方法

2.3.2基于短时傅立叶变换的时频分析方法

2.4本章小结

第3章 自由钢绞线中传播的纵向模态

3.1超声导波检测系统

3.1.1传感器的选择

3.1.2超声导波检测系统的建立

3.2自由钢绞线中传播的低频L(0，1)模态

3.2.1钢绞线中低频L(0，1)模态的激励接收实验

3.2.2低频L(0，1)模态对钢绞线缺陷的检测

3.3自由钢绞线中传播的高阶纵向模态

3.3.1钢绞线中高阶纵向模态的激励接收实验

3.3.2高阶纵向模态对钢绞线缺陷的检测

3.4信号处理应用程序的编写

3.5本章小结

第4章钢绞线中纵向模态声弹性特性研究

4.1声弹性理论概述

4.2拉伸实验机及锚具的选择

4.3钢绞线拉伸实验设计

4.3.1钢绞线在轴向拉力下的受力分析

4.3.2钢绞线材料参数测定及拉力范围选择

4.3.3试样钢绞线尺寸设计

4.3.4检测信号处理及结果

4.4实验结果分析及修正

4.4.1不同应力状态下的实验结果

4.4.2影响因素分析及实验结果修正

4.5本章小结

第5章钢绞线中L(0，1)模态衰减特性实验研究

5.1 L(0，1)模态衰减特性研究的实验设计

5.1.1导波激励接收方式的选择

5.1.2水泥埋置方式设计

5.2自由钢绞线中L(0，1)模态的衰减特性

5.3埋置于水泥介质的钢绞线中L(0，1)模态的衰减特性

5.3.1水泥埋置长度对衰减的影响

5.3.2水泥埋置时间对衰减的影响

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢