Page 103 - 无损检测2021年第四期

刘鹏飞, 等:

基于非线性超声谐波法的混凝土构件应力检测

[ 7 ] , 以 C30 等级的混凝土为例, 根据
极限值的 50%

最新修订的 《 混凝土强度检测评定标准》规定加载
等级应按破坏荷载的 1 / 15~1 / 10 进行分级加载, 该

等级混凝土的破坏荷载约为 300kN 。测试时, 以每

级荷载为 20kN , 加载速率为 3kN · min 的分级加

-1
载方式进行均匀加载, 直到混凝土试样被压坏。
在加载之前, 先采集试样在零荷载状态下的超
声波信号, 待每一级荷载加载完毕且试样不再变形
后, 再采集该级荷载下的超声波信号。
3.3 超声波应力检测试验
将浸泡后的完全饱和状态的混凝土试 样都取
出, 分别进行荷载试验, 试验过程中通过控制加载等
级来实现对加载过程中混凝土的超声波检测, 进而
比较不同配合比混凝土的超声波非线性参 数的变
化。检测系统结构示意如图 7 所示。

图 7 非线性超声谐波法应力检测系统结构示意
3.4 非线性参数的提取
( 1 )在 数 学 软 件 中 采 用 快 速 傅 里 叶 变 换

( FFT ) 实现对声波信号的处理, 将时域信号转化为
频域信号。

( 2 )在声波时域和频域分析的基础上, 通过对
采集的超声波信号进行分析处理, 提取出非线性超
声参数, 以此研究单轴荷载作用下混凝土的超声波

参数随应力的变化规律。

( 3 )由公式获得材料的非线 性 系 数, 绘 制 -σ
β
图, 并与理论曲线进行对比。 图 8 不同等级的混凝土非线性系数与应力比的关系
3.5 应力 - 非线性系数定量表征方法研究 材料内部的传播也受到较大影响。后期随着应力的
通过试验, 对比 C25 , C30 , C35 和 C40 等级的混 增加, 混凝土试样逐渐被压出裂缝, 此时探头出现了
凝土试样非线性系数随荷载的变化趋势, 试验结果 不同程度的滑脱, 导致试验点远离理论曲线。由于
如图 8 所 示。 其 中, 将 表 1 中 的 相 应 参 数 代 入 式 混凝土在实际工程中的工作应力一般不高于其强度
( 13 ), 得到各个强度等级的混凝土材料的理论曲线。 极限值的 50% , 所以在该应力范围内的检测结果满
对比图 8 中的试验数据点和理论曲线, 在极限 足工程上的需求。
应力的前 50%~60% 的早期应力阶段, 除 C25 等级 对比不同强度等级混凝土的非线性系数和应力
的混凝土吻合效果稍差外, 其余混凝土试验数据点 关系可以发现, 系数 m 随混凝土强度等级的增大而
均落于理论曲线附近, 吻合率较好。这是由于低强 增 大 , 系数 n随混凝土强度等级的增大而减 小 。 由
度混凝土内部骨料结构受应力影响较大, 超声波在 ( 下转第 88 页)
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2021 年 第 43 卷 第 4 期

无损检测