Page 83 - 无损检测2023年第八期

徐晓阳, 等:

基于声发射信号能量衰减的混凝土材料损伤检测

直线在基准点两侧布置11个连续等间距断铅点, 间 3.2.3 破坏阶段

距为20mm ( 见图 4 ); ② 在测试点进行断铅操作, 随着继续加载, 钢筋所受应力逐渐增大直至钢
利用传感器 A1 , A2记录对应的声发射信号到达时 筋失效, 在施加最后一次增载后, 试件发生断裂失

刻和能量; ③ 拟合实测数据, 得到初始衰减系数。 效。试件在失效前后, 释放出远超之前的密集且高
能的声发射信号。
3 试验结果与分析
以 Z2 试件为例, 其荷载、 挠度、 撞击率时程分

3.1 初始衰减系数 布如图6所示。其宏观裂纹出现时间为1938s , 此

根据断铅信号从位置x 到达两个传感器的时 时跨中上侧位移为0.83mm , 下侧位移( 即挠度) 为

差, 可得到波速衰减模型的系数( a 为 9305 , b 为 0.44mm , 承受荷载为23.65kN 。其失效破坏时刻

0.007071 )。对声 - 超声初始衰减系数测定试验获得 为2785s , 失效前跨中上侧位移为 1.59mm , 下侧

的数据进行拟合, 得到的各试件初始衰减系数如下: 位移( 即挠度) 为1.21mm , 承受荷载为24.89kN 。

/ )
① 对于 Z1试件, ln ( C 1 C 2 =0.1017 , B=1.309×

-3
/ )
-1
10 mm ; ② 对于Z2试件, ln ( C 1 C 2 =0.1017 ,

-3 -1
B=1.309×10 mm ; ③ 对于 Z3 试件, ln ( C 1 /

C 2 =0.1017 , B=1.309×10 mm 。其中 Z2试
-1
)
-3
件初始能量衰减系数测试结果及其拟合曲线如图5
所示。
图6 Z2试件荷载、 挠度、 撞击率时程分布曲线
各传感器采集到的 Z2试件加载全过程的声发
射信号能量时程分布散点图如图7所示。信号累计
能量与密集程度( 撞击率) 在时程分布上相互对应。
累计能量有两段较明显的增长。第一段对应试件产
图5 Z2试件初始能量衰减系数测试结果及其拟合曲线
3.2 试验过程分析
三点弯曲加载下, 混凝土梁试件的破坏过程经
历了未裂阶段、 开裂阶段、 破坏阶段 [ 15 ] 。
3.2.1 未裂阶段
加载初期的荷载较小, 试件变形基本表现为弹
性变形, 荷载和挠度之间为线性关系, 声发射信号的
密集程度缓慢增长。其后, 随着荷载增大, 受拉区混
凝土呈现出一定的塑性变形, 荷载和挠度之间不再
表现为线性关系, 声发射信号的密集程度增加。
3.2.2 开裂阶段
此时宏观裂纹出现, 裂纹所在截面的受拉区混
凝土大部分不再受荷载, 并迅速发展为由钢筋承担
全部张拉荷载。在该发展阶段, 裂纹所在截面能承
受的弯矩小于开裂前混凝土承担的弯矩, 所以荷载
曲线出现下降段。此后, 荷载开始缓慢增加, 挠度呈
现加速增长的趋势, 裂纹不断扩大且向上延伸, 该阶 图7 各传感器采集的 Z2试件声发射信号能量时
程分布散点图
段信号的密集程度明显高于未裂阶段的。
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2023年 第45卷 第8期
无损检测