本文關鍵詞：基樁聲波透射法完整性檢測的聲場分布規(guī)律及數值模擬研究

  更多相關文章： 基樁完整性 聲波透射法 圓環(huán)式徑向換能器 指向性 有限元

【摘要】：隨著我國城市建設的快速發(fā)展,高層建筑、大型橋梁、海事結構等大型建構筑物不斷興建,當建筑場地的淺表層的地層不足以承受上部結構的荷載時,樁基礎得到廣泛的應用。然而,由于施工的不規(guī)范、地層穩(wěn)定性差等使得灌注樁極易產生沉渣、斷樁、縮頸等缺陷,影響基樁完整性;為了保障建構筑物安全和人類生命安全,亟需查明工程樁中缺陷的大小、位置,判定基樁完整性類別,以便進行工程處理。相較于其他基樁完整性檢測方法,聲波透射法具有檢測全面細致,結果準確可靠,不受樁長、樁徑、樁周土層等的限制等優(yōu)點。為了準確地確定基樁內部隱蔽性較強的缺陷,本文推導了基樁檢測所用圓環(huán)式徑向換能器輻射聲場分布以及通過數值模擬分析聲學參數與缺陷之間的更多的規(guī)律,完善檢測步驟,并指導實際工程檢測。主要研究內容如下:(1)系統(tǒng)分析聲波透射法檢測原理,提出了換能器輻射聲場的不足之處。(2)基于聲源輻射理論,結合圓形平面換能器輻射聲場的推導過程,推導了基樁檢測所用圓環(huán)式徑向換能器輻射聲場遠場區(qū)的聲壓分布及指向性函數,分析影響指向性的因素;通過MATLAB繪制指向性函數曲線,研究這些因素對換能器指向性的影響。(3)指向性越強,聲波能量越集中在聲測線附近,不利于檢測,提出了改善指向性策略以及確定斜測合適夾角的方法。(4)建立二維完整樁混凝土模型,通過模擬聲速和理論聲速相比較,表明了有限元軟件COMSOL Multiphysics模擬聲波在混凝土中傳播的可靠性;通過模擬不同頻率的正弦波在混凝土中的傳播,提出換能器輻射聲場的指向性隨輻射頻率的增大逐漸增強,驗證了理論推導。(5)建立豎直缺陷邊界與聲測線之間的距離逐漸變化的各種混凝土模型,通過與完整樁混凝土模型的聲學參數的比較,提出了確定缺陷縱向邊界的規(guī)律;建立水平缺陷混凝土模型,通過與完整樁混凝土模型的聲學參數的比較,分析水平缺陷平測不易發(fā)現,提出了避免漏判的方法。(6)根據以上研究工作所得到的結論完善了檢測步驟,指導實際工程檢測,結合鉆芯法進行驗證。
【關鍵詞】：基樁完整性 聲波透射法 圓環(huán)式徑向換能器 指向性 有限元
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU473.16
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-12
• 主要符號12-13
• 1 緒論13-23
• 1.1 引言13-17
• 1.1.1 研究背景13
• 1.1.2 基樁檢測的發(fā)展概況13-15
• 1.1.3 各種檢測方法的優(yōu)缺點15-16
• 1.1.4 研究意義16-17
• 1.2 國內外研究現狀17-20
• 1.2.1 換能器輻射聲場的研究現狀18
• 1.2.2 聲波數值模擬的研究現狀18-20
• 1.3 研究內容和技術路線20-23
• 1.3.1 研究內容20-21
• 1.3.2 研究技術路線21-23
• 2 聲波透射法檢測原理分析23-43
• 2.1 引言23
• 2.2 樁身缺陷成因分析23-24
• 2.3 聲波透射法檢測設備24-27
• 2.3.1 聲測管24-25
• 2.3.2 聲波儀25-26
• 2.3.3 換能器26-27
• 2.4 聲波透射法檢測基本理論27-31
• 2.4.1 波的類型28-29
• 2.4.2 聲波在兩種介質界面上的傳播規(guī)律29-30
• 2.4.3 聲波在固體介質中傳播時能量的衰減30
• 2.4.4 聲波在混凝土中傳播特點30-31
• 2.5 聲學參數與混凝土質量的關系31-33
• 2.5.1 聲速與混凝土質量的關系31-32
• 2.5.2 波幅與混凝土質量的關系32
• 2.5.3 主頻與混凝土質量的關系32-33
• 2.5.4 波形與混凝土質量的關系33
• 2.6 聲波透射法傳統(tǒng)檢測步驟分析33-40
• 2.6.1 現場檢測33-35
• 2.6.2 檢測數據分析判定35-40
• 2.6.3 聲測管彎斜修正40
• 2.7 換能器輻射聲場的指向性和不足之處40-42
• 2.8 本章小結42-43
• 3 檢測所用圓環(huán)式徑向換能器輻射聲場推導43-63
• 3.1 引言43
• 3.2 聲源輻射理論43-47
• 3.2.1 聲場物理量43-44
• 3.2.2 均勻球面聲波44-45
• 3.2.3 脈動半球輻射體45-47
• 3.3 圓形平面活塞換能器聲場分布與指向性47-49
• 3.4 圓環(huán)式徑向換能器遠場區(qū)聲壓分布與指向性的推導49-60
• 3.4.1 換能器輻射聲場遠場區(qū)聲壓分布49-54
• 3.4.2 換能器輻射聲場指向性函數54-55
• 3.4.3 換能器輻射聲場指向特性的影響因素55-60
• 3.4.4 斜測合適夾角的確定60
• 3.5 本章小結60-63
• 4 基樁聲波透射法檢測的數值模擬研究63-83
• 4.1 引言63-64
• 4.2 COMSOL Multiphysics簡介64-65
• 4.3 波動方程與動力分析有限元數值解法65-67
• 4.3.1 各向同性彈性波的波動方程65-66
• 4.3.2 動力分析有限元數值解法66-67
• 4.4 聲波在完整樁中傳播的數值模擬算例67-73
• 4.4.1 二維完整樁數值模型的建立67-68
• 4.4.2 波源和邊界條件的設置68
• 4.4.3 空間步長和時間步長的選擇68-69
• 4.4.4 輻射聲場分布特性驗證69-73
• 4.5 聲波在缺陷樁中傳播的數值模擬研究73-81
• 4.5.1 脈沖復頻波源的選取74-75
• 4.5.2 完整樁的聲學參數75-77
• 4.5.3 豎直缺陷對聲學參數的影響77-80
• 4.5.4 水平缺陷對聲學參數的影響80-81
• 4.6 本章小結81-83
• 5 工程應用83-91
• 5.1 基樁完整性類別判定83-85
• 5.2 單樁實例分析85-89
• 5.3 本章小結89-91
• 6 結論及展望91-93
• 6.1 結論91-92
• 6.2 展望92-93
• 致謝93-95
• 參考文獻95-99
• 附錄99
• A．作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文著作目錄99
• B．作者在攻讀碩士學位期間參加的科研項目目錄99

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本文編號：635370