實驗名稱：超聲波及智能骨料損傷監(jiān)測原理

研究方向：無損檢測、損傷定位

實驗原理：換能器所產(chǎn)生的高頻信號在介質(zhì)中傳播遇到裂縫、空洞等缺陷產(chǎn)生反射、折射、繞射等現(xiàn)象到達(dá)接收端時大量衰減，聲學(xué)參量發(fā)生一定的變化，基于這種變化建立與混凝土力學(xué)性能之間的關(guān)系，從而判定結(jié)構(gòu)的損傷程度。

測試設(shè)備：ATG-2031功率信號源、采集卡、控制面板

圖：超聲波及智能骨料損傷監(jiān)測原理

圖：超聲波檢測系統(tǒng)

實驗過程：

鋼纖維高強鋼筋混凝土內(nèi)PZT壓電智能骨料分布如圖3所示，避免施加給智能骨料的壓電信號直接通過鋼筋傳播導(dǎo)致測試信號失真，使用專用扎帶將壓電智能骨料懸空架于相鄰兩根鋼筋之間，并對其進(jìn)行編號分別為SA1、SA2、SA3，試驗板劃分為兩個區(qū)域，即區(qū)和區(qū)模型澆筑完后，利用密封塑料袋對SA引出線的BNC接頭進(jìn)行保護(hù)，以防止其因周圍環(huán)境等影響導(dǎo)致氧化銹蝕。通過多功能數(shù)據(jù)采集儀和控制系統(tǒng)(DACS)監(jiān)控壓電智能骨料，作為傳感器的壓電智能骨料連接到DACS的AD轉(zhuǎn)換口，作為驅(qū)動器的壓電智能骨料通過功率放大器連接到DACS的D/A轉(zhuǎn)換口，筆記本電腦用于與系統(tǒng)連接并記錄數(shù)據(jù)。在測試期間，D/A轉(zhuǎn)換器的預(yù)放大激勵電壓為3V，采用掃頻正弦波反復(fù)激發(fā)智能骨料，正弦掃描信號在1s時間內(nèi)從100Hz線性掃頻增加到25kHz，數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的采樣頻率為250kHZ，放大器提供10倍的固定增益以及0.1-250kHz的工作帶寬。

圖3：智能骨料監(jiān)測系統(tǒng)

實驗結(jié)果：

上述聲速測試表明，隨著鋼纖維體積含量的增加，聲波在混凝土中傳播速度越大，波阻抗得以增強，體積含量為1.8%的SFRC3板聲速是SFRC的1.62倍，解釋其增大原因為鋼纖維具有較大的比表面積，向素混凝土摻入一定體積含量的鋼纖維增大了基體與纖維之間的粘接厚度，減小了混凝土內(nèi)部孔隙率，提高了基體密實度，使得聲速得以增強。從爆后測得的聲速變化和損傷指數(shù)可知，前3次加載下，各板各部位的聲波波速差異較小，爆炸沖擊波對于結(jié)構(gòu)的損傷不顯著，損傷指數(shù)D在0.05以下，80g和160g藥量下，SFRCO板聲速下降幅度比其他SFRC板變化較大，L/2處損傷指D從0.增至09以上，而體積含量為1.8%SFRC板最大損傷指數(shù)為0.4，進(jìn)一步證明了鋼纖維加入可顯著增強結(jié)構(gòu)局部抗沖切能力。比較L/2和L/4損傷指數(shù)變化，各板L/2處損傷指數(shù)均大于L/4處，表明爆炸直接作用區(qū)結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷較嚴(yán)重，但對于SFRCO板L/2處損傷指數(shù)也達(dá)到了0.88以上，故在對結(jié)構(gòu)維修加固時，需重點關(guān)注結(jié)構(gòu)受到直接沖擊作用部位，若是素鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)，還需考察支座附近的損傷情況。

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審核編輯黃昊宇