预应力钢筋混凝土梁损伤过程的声发射信号频带能量特征分析-北京声华.pdf

预应力钢筋混凝土梁损伤过程的声发射信号频带能量特征 分析 1 2 3 张赛 陈月萍 吴超 （安庆职业技术学院，安庆246003 ） 摘要：为了研究预应力钢筋混凝土梁在三点弯曲破坏试验过程中的声发射信号频谱及能量变 化特征与梁结构损伤的关系，在研究声发射能量与时间的相关图基础上，提取了破坏过程中 不同阶段的信号波形。通过 FFT 变换和小波包变换对信号分析处理，发现不同损伤破坏阶 段的信号频率分布、频带能量变化规律，即试件损伤破坏过程声发射信号频率范围在 0～ 325kHz，随着损伤的加剧，频率范围会逐渐缩小，幅值和频谱密度会变大；损伤破坏过程中 能量主要分布在低频 0～125kHz 高频段能量逐渐衰减，低频 0～62.5kHz 段能量有上升趋势。 这些规律对实际工程结构的在线健康监测和损伤评估有理论指导意义。 关键词：声发射；傅里叶变换；小波变换；预应力钢筋混凝土梁 中图法类分号：TU371.9 文献标志码：A 声发射（acoustic emission，AE ）是指材 射特征研究，深刻揭示梁不同破坏阶段与 料或结构受外力作用产生变形或断裂，局部 AE 信号信息的相关性。 [1] 以弹性波的形式释放出应变能的现象 。国 AE 信号处理方法主要有两类：①提取 内外学者利用声发射技术对混凝土结构的 AE 信号的特征参数进行参数分析；②提取 安全性，稳定性，损伤评估程度以及使用寿 AE 信号波形进行波形分析。近几年声发射 命评估取得了一定的成果[2,5] 。目前声发射 信号分析大部分的研究主要是集中在 AE 信 技术已成为无损检测和安全健康监测预报 号特征参数的分形，AE 信号的波形分析相 的重要手段之一，特别是在岩石和采矿工程 对较少。参数分析的最大缺点容易丢失信号 的安全监测领域，声发射技术已经应用实际 的一些本质特征信息，波形分析更能容易获 工程。对于实际工程预应力钢筋混凝土结 得结构破坏更为本质的信息。混凝土材料破 构，由于钢筋混凝土结构的组成元素的复杂 坏过程 AE 信号具有瞬态性、多模式等特点， 性以及实际工程结构服役环境干扰因素较 不同的破坏阶段特征不同，属于典型的非平 多，使得声发射技术运用于钢筋混凝土结构 稳型信号[6] 。因此本文对预应力钢筋混凝土 检测和健康监测仍存在诸多问题亟待解决。 梁三点集中加载进行 AE 技术损伤破坏监测 运用中由于缺乏可靠的结构损伤破坏的声 研究，针对非平稳 AE 信号特征，对不同的 发射信号特征以及相关理论基础，致使监的 破坏阶段的 AE 信号进行频域分析以及小波 测预报成功率不高，预报的结果准确性不理 包频带能量分析，总结不同破坏阶段频率分 想。因此从实际工程应用角度出发，开展对 布和频带能量的变化规律，为实际钢筋混凝 预应力钢筋混凝土梁受力破坏全过程声发 土工程结构的安全健康监测预警和检测评 估提供有价值的判别依据。 2017 年 2 月 28 日收到，安徽省教育厅质量 1. 声发射试验 工程项目（2016jyxm0640 ）资助 本试验通过现场制作 4 根预应力钢筋混 第一作者简介：张赛（1984— ），工程师。