Page 80 - 无损检测2023年第八期

混凝土无损检测专题

DOI : 10.11973 / ws j c202308009

基于声发射信号能量衰减的混凝土材料损伤检测

徐晓阳 1 , 2 , 苏怀智 1 , 2 , 闫潇群 , 姚可夫 2
2

( 1. 河海大学 水灾害防御全国重点实验室, 南京 210098 ; 2. 河海大学 水利水电学院, 南京 210098 )

摘 要: 混凝土结构受载损伤破裂过程伴随着声发射( AE ) 现象, 其损伤的积累会影响 AE 信

号能量的衰减效应。为进一步探究材料损伤和 AE 信号能量衰减之间的关联模式, 进而利用能量
衰减规律对混凝土损伤程度进行量化表征, 对钢筋混凝土梁三点弯曲破坏的全过程进行了 AE 监
测, 并根据损伤定位结果实时计算了能量衰减系数, 通过衰减系数的时程变化确定了混凝土损伤发
展的三个阶段, 提出了基于 AE 能量衰减系数的混凝土损伤评估方法。试验结果表明, 该方法可实
时量化评估混凝土试件的损伤状态, 并对试件宏观裂纹出现后承载模式的转变进行预警。
关键词: 混凝土; 损伤评估; 声发射; 能量衰减

中图分类号: TV331 ; TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2023 ) 08-0046-06

Dama g edetectionofconcretematerialsbasedonener gy attenuationofacousticemissionsi g nals

1 , 2
XUXiao y an g 1 , 2 , SUHuaizhi , YANXiao q un , YAOKefu 2
2

( 1.TheNationalKe yLaborator y ofWaterDisasterPrevention , HohaiUniversit y , Nan j in g 210098 , China ;

2.Colle g eofWaterConservanc y andH y dro p owerEn g ineerin g , HohaiUniversit y , Nan j in g 210098 , China )

Abstract : Acousticemission ( AE ) p henomenonoccurswithdama g e p rocessofloadedconcretestructures , and

theaccumulationofdama g eaffectstheener gy attenuationeffectofAEsi g nal.Tofurtherl y ex p lorethecorrelation

modebetween materialdama g eand AEsi g nalener gyattenuation , andthenusetheener gyattenuationlawto

q uantitativel y characterizethede g reeofconcretedama g e , AE monitorin gwascarriedoutfortheentirefailure

p rocessofreinforcedconcretebeamsunderthree- p ointbendin g loads , andtheener gyattenuationcoefficientwas

calculatedinrealtimewiththehel pofthedama g elocationresults.Thedevelo p mentofconcretedama g ecanbe

dividedintothreesta g esaccordin g tothetime-histor y chan g eoftheattenuationcoefficientandamethodbasedon

AEener gy attenuationcoefficientwas p ro p osedtoassessconcretedama g e.Thetestresultshowedthatthemethod

can q uantitativel y evaluatethedama g eoftheconcretes p ecimensinrealtime , andg iveanearl ywarnin gtothe

transitionofthebearin gmodeafterthemacrosco p iccrackin g ofthes p ecimenoccurs.

Ke ywords : concrete ; dama g eevaluation ; acousticemission ; ener gy attenuation
以混凝土材料为主的各类工程结构, 如大坝、 桥 值 [ 3-4 ] 。声发射( AE ) 是指材料在损伤时会以瞬态弹
梁、 隧道、 地基等, 是我国基础设施建设的重要组成 性波形式释放能量, 并引起材料基体产生微变形的
部分 [ 1-2 ] 。混凝土属于脆性材料, 抗裂性能差, 因此 物理现象 [ 5 ] 。其中, 在声发射传感器与材料界面间
对混凝土材料损伤的监测和评估具有重要研究价 被记录下的表面位移活动, 即为采集到的声发射信
号 [ 6 ] 。凭借实时提供材料损伤位置和损伤模式信息
的独特优势, 目前声发射已被广泛用于材料性态演
收稿日期: 2022-08-04
基金项目: 国家自然科学基金项目( 52239009 , 51979093 ); 国家
化的研究中 [ 7 ] 。
重点研发计划项目( 2019YFC1520801 ; 2018YFC0407101 )
弹性波从声发射源传播到传感器的过程中会显
作者简介: 徐晓阳( 1992- ), 男, 硕士研究生, 主要从事水工结构
著衰减, 进而影响声发射源的定位和识别的精度, 而
安全的监测研究工作
通信作者: 苏怀智( 1973- ), 男, 博士, 教授, 主要从事涉水工程 引起衰减的主要因此有几何扩散、 材料阻尼和波散
射 [ 8 ] 。在材料受载直至破坏过程中, 几何扩展和材
安全防控与提能延寿的研究工作, su _ huaizhi@hhu.edu.cn
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2023年 第45卷 第8期
无损检测