你的位置:首页 > 科研实践 > 科学研究 > 基于麦克风冲击共振法的钢-砼组合结构脱空损伤诊断研究
科学研究
       本研究受到国家自然科学基金青年基金《基于多模型方法的桥梁结构识别研究(基金编号:51208190)、国家重点研发计划《既有工业建筑非工业化改造技术研究》(基金编号:2016YFC0701308)、湖南省重点研发计划《火灾作用下装配式混凝土结构抗连续倒塌机理及火灾后评估加固关键技术研究》(基金编号:2017SK2223)、江苏省工程力学分析重点实验室开放基金《利用曲面聚焦空气耦合麦克风进行桥面板损伤诊断的理论与实验研究》(基金编号:LEM16A04)和长沙市科技计划《火灾作用下装配式混凝土结构耐火性能及抗连续倒塌试验研究》(基金编号:kq1706019)的资助。本研究提出了基于麦克风的冲击共振法对钢-混凝土组合结构的脱空损伤进行诊断,是一种新型低成本、快速、高效的非接触式无损检测技术。
       本研究将局部脱空区域的钢板和钢壳视为四周约束的板壳模型,以四周约束矩形板及四周约束的圆形板的振动理论为基础,对矩形局部脱空损伤与圆形局部脱空损伤的板壳模型的自振频率进行解析解的求解分析,建立基于局部脱空损伤钢板壳几何特征的自振频率预测模型。本研究设计了一个钢-混凝土组合板构件和一个钢管混凝土柱构件,设置了相同的两组大小不同、厚度不同的矩形与圆形泡沫板,用于模拟钢-混凝土组合板与钢管混凝土的脱空损伤。

                      钢-混凝土组合板构件损伤制作                         钢管混凝土构件损伤制作 
       利用力锤冲击激励损伤区域的局部钢板和钢壳,进行钢-混凝土界面脱空损伤的脉冲锤击试验,采用非接触式的麦克风声学传感器拾取激励点上空的声压响应信号,对声压响应信号进行频谱分析,探究不同面积、形状和深度的脱空损伤对信号频谱的影响。
麦克风冲击共振测试示意图


不同损伤工况的试验结果

 
        利用麦克风传感器进行局部脱空损伤板壳的模态测试,进一步探究声压信号反映板壳振动的准确性。
钢-混凝土组合板构件声模态测试


钢-混凝土组合板构件声模态测试结果与有限元模拟


钢-混凝土组合板构件声模态测试

       针对特定的损伤工况进行基于麦克风阵列的冲击共振法损伤成像测试,绘出损伤云图,为麦克风冲击共振测试在实际工程中的应用奠定基础。
基于麦克风阵列的冲击共振法损伤成像云图结果