Page 99 - 无损检测2021年第四期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202104013

基于非线性超声谐波法的混凝土构件应力检测

刘鹏飞 , 王英瞩 , 李祚华 , 刘海涛 , 滕 军 , 陈 杰 2
2
2
1
2
2

( 1. 深圳市建筑设计研究总院有限公司, 深圳 518031 ;

2. 哈尔滨工业大学( 深圳)土木与环境工程学院, 深圳 518055 )

摘 要:由于线性超声波法对混凝土早期应力不敏感, 而非线性超声谐波法可以反映材料裂
纹及应力演化特征, 提出了基于非线性超声谐波效应的混凝土应力检测方法。该方法利用混凝土
材料裂纹演化与超声波非线性二次谐波效应的关系, 建立了混凝土轴向应力与非线性响应声学参
数的本构关系模型, 明确了其主要影响参数。最后通过混凝土标准试样的超声谐波应力检测试验,
将所得结果与本构模型进行了对比分析, 验证了提出的检测方法的有效性, 为工程上混凝土的应力
检测提供参考依据。

关键词:混凝土; 非线性超声谐波法; 应力检测; 非线性系数

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2021 ) 04-0057-05

Stressdetectionofconcretecom p onentsusin gnonlinearultrasonicharmonicmethod

2
1
2
2
2
LIUPen g fei , WANGYin g zhu , LIZuohua , LIUHaitao , TENGJun , CHENJie 2

( 1.ShenzhenGeneralInstituteofArchitecturalDesi g nandResearchCo. , Ltd. , Shenzhen518031 , China ;

2.SchoolofCivilandEnvironmentalEn g ineerin g , HarbinInstituteofTechnolo gy ( Shenzhen ), Shenzhen518055 , China )

Abstract : Aconcretestressdetectionmethodbasedonnonlinearultrasonicharmoniceffectswas p ro p osedinthis

p a p er.Sincethelinearultrasonic methodisnotsensitivetoearl ystressofconcreteandthenonlinearultrasonic

harmonicmethodcanbetterreflectthecharacteristicsofmaterialcracksandstressevolutions.First , aconstitutive

modelfortheaxialstressofconcreteanditsacoustic p arametersofnonlinearres p onsewereestablishedb yusin g the

relationshi pbetweenthecrackevolutionofconcretematerialandthenonlinearsecond-harmoniceffectofultrasonic

waves.Thenthemaininfluencin gp arametersofthismethodwereclarified.Lastl y , theultrasonicharmonicstress

detectiontestsforconcretestandards p ecimenswerecarriedoutandacom p arativeanal y siswiththetextualmodel

wasmadetoverif ytheeffectivenessofthep ro p oseddetection method.Theresults ma yp rovideareferencefor

concretestressdetectioninen g ineerin g .

Ke ywords : concrete ; nonlinearultrasonicharmonicmethod ; stressdetection ; nonlinearcoefficient
目前, 混凝土工作应力的传统测试方法主要采 规范取值之间是存在差别的, 且混凝土性质复杂, 局
用局部破损法 [ 1 ] , 如: 应力释放法、 钻芯法、 拔出法和 部所测量的应力并不能反映混凝土的平均应力水
射击法等。这些应力检测方法都是基于材料应力 - 平, 导致混凝土的测试应力与实际应力不相符; 同
应变关系, 通过测量混凝土的应变来间接反映混凝 时, 这些方法破坏了混凝土的局部结构, 其测量结果
土的应力水平。然而, 混凝土弹性模量的实测值与 也常受外界环境包括切割扰动和温度、 湿度变化等
因素的影响。
收稿日期: 2020-11-20 近年来的研究结果表明, 弹性介质中的微裂纹
基金项 目: 国 家 自 然 科 学 基 金 国 家 重 大 科 研 仪 器 研 制 项 目
会打破入射的超声波和接收到的弹性波响应之间的
( 51827811 ); 国家自然科学基金青年科学基金项目( 51708158 )
比例关系。其中, 各频率的再分布是微观结构演化
作者简介: 刘鹏飞( 1978- ), 男, 工程师, 主要从事建筑物抗风抗
震研究工作 的主要现象之一 [ 2 ] 。当单周期正弦波穿越弹性介质
通信作者: 李祚华, 博士, 副教授, lizuohua@hit.edu.cn 时, 其与介质内部的非线性散射体相互作用会产生
7
5

2021 年 第 43 卷 第 4 期
无损检测