基于非线性超声谐波法的混凝土构件应力检测

刘鹏飞，王英瞩，李祚华，刘海涛，滕 军，陈 杰

(1.深圳市建筑设计研究总院有限公司，深圳 518031；2.哈尔滨工业大学(深圳) 土木与环境工程学院，深圳 518055)

目前，混凝土工作应力的传统测试方法主要采用局部破损法[1]，如：应力释放法、钻芯法、拔出法和射击法等。这些应力检测方法都是基于材料应力-应变关系，通过测量混凝土的应变来间接反映混凝土的应力水平。然而，混凝土弹性模量的实测值与规范取值之间是存在差别的，且混凝土性质复杂，局部所测量的应力并不能反映混凝土的平均应力水平，导致混凝土的测试应力与实际应力不相符；同时，这些方法破坏了混凝土的局部结构，其测量结果也常受外界环境包括切割扰动和温度、湿度变化等因素的影响。

近年来的研究结果表明，弹性介质中的微裂纹会打破入射的超声波和接收到的弹性波响应之间的比例关系。其中，各频率的再分布是微观结构演化的主要现象之一[2]。当单周期正弦波穿越弹性介质时，其与介质内部的非线性散射体相互作用会产生新的谐波分量。混凝土的早期退化特性，如微裂隙、微缺陷等微观结构变化与非线性声学效应密切相关。

因此，笔者根据非线性参数调制理论建立有限元仿真模型，分析该方法对应力检测的敏感性。搭建了单轴加载非线性超声波应力检测系统，以不同强度等级的混凝土试样为检测对象，研究在不同应力水平下，混凝土中传播的超声激励信号与混凝土裂纹发展状态的相互作用，以非线性系数为检测的声学参数，分析非线性系数与应力的关系。……