實驗名稱：鋼(gang)筋剝離損傷識別試(shi)驗

　　研究方向：無(wu)損(sun)檢測(ce)

　　測試目的(de)：

　　采用壓電(dian)導(dao)波檢(jian)測(ce)技(ji)術針(zhen)對(dui)鋼筋(jin)(jin)混凝土結(jie)構中(zhong)鋼筋(jin)(jin)的(de)腐(fu)蝕(shi)問題(ti)進行研究，提(ti)出(chu)一(yi)種基于(yu)壓電(dian)超聲導(dao)波利(li)用連(lian)(lian)續小(xiao)波變換技(ji)術的(de)鋼筋(jin)(jin)腐(fu)蝕(shi)檢(jian)測(ce)基本理論與(yu)方(fang)(fang)法(fa)，采用試驗和模擬的(de)方(fang)(fang)法(fa)對(dui)鋼筋(jin)(jin)銹蝕(shi)剝離(li)問題(ti)進行研究，結(jie)果表明，所提(ti)出(chu)的(de)基于(yu)壓電(dian)超聲導(dao)波利(li)用連(lian)(lian)續小(xiao)波變換的(de)鋼筋(jin)(jin)檢(jian)測(ce)蝕(shi)檢(jian)測(ce)基本理論與(yu)方(fang)(fang)法(fa)能夠識別鋼筋(jin)(jin)銹蝕(shi)損傷位置與(yu)損傷程度(du)，并且具有(you)方(fang)(fang)便(bian)、快捷、精(jing)度(du)高(gao)和檢(jian)測(ce)范圍廣等特(te)點，可(ke)滿足(zu)鋼筋(jin)(jin)混凝土結(jie)構鋼筋(jin)(jin)銹蝕(shi)檢(jian)測(ce)的(de)需求。

　　測試設備：ATA-2041電壓放大器、函數發生器、數字示波器、計算機、壓電陶瓷片、試件。

　　實(shi)驗過程：

　　試(shi)驗采(cai)用(yong)收(shou)發一體的PZT-4型(xing)壓電陶瓷片，直(zhi)徑d=20mm，厚度b=2mm，為(wei)使試(shi)驗數(shu)據(ju)以(yi)及銹(xiu)(xiu)蝕(shi)損傷(shang)識別(bie)更加準確(que)，除了確(que)定PZT的粘貼方式以(yi)及PZT的型(xing)號(hao)外，還需(xu)要建立(li)一個(ge)配(pei)套的銹(xiu)(xiu)蝕(shi)剝離損傷(shang)識別(bie)系(xi)(xi)統，系(xi)(xi)統如下圖所示。

圖：銹蝕(shi)損傷識別(bie)系統(tong)

　　試(shi)驗過(guo)程為首先(xian)將(jiang)五(wu)峰波(bo)信號(hao)通(tong)過(guo)函數發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)器(qi)以(yi)電(dian)信號(hao)的(de)形(xing)式激發(fa)(fa)，隨后激發(fa)(fa)的(de)原始信號(hao)經過(guo)放大器(qi)將(jiang)電(dian)流放大，被放大的(de)電(dian)流通(tong)過(guo)激發(fa)(fa)端PZT以(yi)機(ji)械位(wei)(wei)移(yi)的(de)形(xing)式傳(chuan)到鋼筋(jin)，信號(hao)會由于振蕩產生(sheng)(sheng)機(ji)械波(bo)，進(jin)而在(zai)鋼筋(jin)中(zhong)以(yi)超聲(sheng)導波(bo)的(de)形(xing)式傳(chuan)遞，然后在(zai)鋼筋(jin)的(de)接收端PZT對信號(hao)進(jin)行接收，并將(jiang)機(ji)械位(wei)(wei)移(yi)轉(zhuan)化為電(dian)信號(hao)通(tong)過(guo)導線顯示在(zai)數字示波(bo)器(qi)上(shang)，最后在(zai)計算機(ji)上(shang)對數據進(jin)行處理。

圖：試(shi)驗裝(zhuang)置(zhi)布置(zhi)

　　首先(xian)利用MATLAB數學編程軟(ruan)件(jian)編寫濾(lv)波(bo)(bo)程序(xu)(xu)，對所提取的(de)試(shi)驗信號進行濾(lv)波(bo)(bo)，根據試(shi)驗中激(ji)勵信號的(de)中心頻率(lv)，對濾(lv)波(bo)(bo)程序(xu)(xu)的(de)最高和最低頻率(lv)進行設置(zhi)，保(bao)留(liu)有用的(de)頻段內的(de)信號波(bo)(bo)形，如下(xia)圖(tu)為健康試(shi)件(jian)傳感(gan)信號示意圖(tu)。

圖(tu)：健康試件(jian)傳(chuan)感信號(hao)圖(tu)

　　根據(ju)上圖可知，傳感(gan)信號由鋼(gang)筋一端(duan)傳遞到另(ling)一端(duan)，再由鋼(gang)筋接(jie)(jie)收(shou)端(duan)反射(she)經激勵(li)端(duan)再次回到接(jie)(jie)收(shou)端(duan)，首(shou)波與(yu)折射(she)波之(zhi)間的傳播(bo)路徑(jing)長度為(wei)兩(liang)倍的鋼(gang)筋長度即(ji)2m，首(shou)波與(yu)折射(she)波的傳播(bo)時間差為(wei)0.399×10^-4s，已知(zhi)裸鋼(gang)筋頻(pin)散曲(qu)線中，15kHz頻(pin)率信號(hao)的(de)傳(chuan)播速度(du)為(wei)5136.5m/s。由于試(shi)(shi)驗存在(zai)(zai)儀器精度(du)、操作和環境等不同因(yin)素的(de)影響，會使試(shi)(shi)驗存在(zai)(zai)一定(ding)的(de)誤差(cha)，因(yin)此，認(ren)為(wei)當試(shi)(shi)驗數(shu)值與(yu)理論數(shu)值的(de)誤差(cha)在(zai)(zai)10%以內時，則認(ren)定(ding)該頻(pin)散曲(qu)線是正確的(de)。綜(zong)上所述，頻(pin)散曲(qu)線中15kHz頻(pin)率信號(hao)在(zai)(zai)2m的(de)傳(chuan)播路(lu)徑(jing)所用(yong)時間(jian)為(wei)3.89×10^-4s，與試驗相比誤差為2.5%遠小于10%，在此基(ji)礎上對(dui)裸鋼筋(jin)(jin)其他工況進行(xing)驗證(zheng)，如下圖所示(shi)，為銹蝕鋼筋(jin)(jin)試件的傳感信號圖。

圖：銹蝕試件傳(chuan)感(gan)信(xin)號圖

　　實驗結果：

　　根據上圖可知(zhi)，當鋼筋中間位置出現銹(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)剝離（PVC軟(ruan)膠）損(sun)(sun)傷時(shi)，試驗接收(shou)端接收(shou)到的(de)信號在首波(bo)與回波(bo)之間會出現部分剝離損(sun)(sun)傷波(bo)形(xing)，同時(shi)回波(bo)的(de)傳播時(shi)間與無損(sun)(sun)裸鋼筋之間的(de)傳播時(shi)間較長。由分析可知(zhi)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)剝離試件受(shou)銹(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)厚(hou)度及長度的(de)影響回波(bo)出現了滯后性，銹(xiu)(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)厚(hou)度的(de)改變對回波(bo)的(de)影響更加明(ming)顯。

　　安泰ATA-2041高壓放大器：

圖：ATA-2041電(dian)壓放(fang)大(da)器指標參數

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