[发明专利]一种基于矩张量的钢筋混凝土结构裂缝走向计算方法

说明书

本发明公开了一种基于矩张量的钢筋混凝土结构裂缝走向计算方法，通过对钢筋混凝土受弯构件施加荷载，同时采集裂缝产生时的声发射信号，在传感器接收的信号波形中读取P波初运动的振幅；基于数学分析和力学模型，分析不同裂缝类型的矩张量的特征值，建立裂缝类型判断标准；将采集的裂缝振幅带入矩张量方程组，得到相应裂缝的矩张量；将裂缝矩张量特征值进行归一化处理，根据裂缝类型判断标准对裂缝类型进行判断；计算裂缝矩张量特征值对应的特征向量，由特征向量计算裂缝的运动向量并确定其与坐标轴的夹角，从而确定裂缝走向。本发明可确定钢筋混凝土构件受力裂缝产生的位置及其走向，为钢筋混凝土结构健康监测和灾害预警提供了一种新的途径。

技术领域

本发明属于声发射监测技术领域，特别涉及一种基于矩张量的钢筋混凝土结构裂缝走向计算方法。

背景技术

声发射(AE)检测技术是一种重要的动态无损检测方法，主要是通过采集材料内部由于局部应变能的快速释放而产生的瞬时弹性波来判断结构内部的损伤程度。钢筋混凝土结构作为目前使用最广泛的建筑结构，对在役钢筋混凝土结构的无损检测的重要性日益突显。将矩张量在地震学方面反演震源机制的理论与无损检测中的声发射方法相结合，并将其引入到钢筋混凝土结构材料或结构的破损机制，可建立基于矩张量和声发射波形数据确定结构裂缝走向的方法及步骤，主要是根据不同类型的裂缝，其运动向量和法向量之间几何关系不同，由特征向量的加减计算即可求出裂缝方向以及运动向量和法向量的向量值，通过该方法求出的向量可表征裂缝的走向，但目前大多数研究仅限于通过对特征向量进行计算才能在坐标系中标出相应的裂缝走向，因此要想直接明确裂缝走向，需要确定裂缝方向与坐标轴的夹角，即可对裂缝走向进行直观地判断。

而无论是国内还是国外大多是定性分析混凝土损伤机制，从定量角度利用AE技术分析评估材料或结构的损伤机制的方法在国内基本属于空白，未有公开报道；而国外虽有涉及定量分析的，却没有定性分析理论成熟，理论方法不够完善，并且有些定量方法操作复杂，工作量较大，不能量化分析。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于矩张量的钢筋混凝土结构裂缝走向计算方法，结合数学分析和力学模型，可以实现采用声发射手段对混凝土构件受力产生裂缝的走向进行判断，其过程简便，可操作性强，为计算钢筋混凝土构件损伤的裂缝走向以及钢筋混凝土结构健康监测和灾害预警提供了一种新的途径和方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于矩张量的钢筋混凝土结构裂缝走向计算方法，包括如下步骤：

步骤1，通过对钢筋混凝土受弯构件施加荷载，同时采集裂缝产生时的声发射信号，在声发射传感器接收的信号波形中读取P波初运动的振幅P₁组成矩张量方程组，并计算相应裂缝的矩张量；

步骤2，基于数学分析和力学模型，分析不同裂缝类型的矩张量特征值，并将特征值分解成剪切模型部分、张拉模型偏量部分和各向同性部分，建立裂缝类型判断标准；

步骤3，将采集的裂缝振幅P₁带入矩张量方程组，得到相应裂缝的矩张量；

步骤4，将裂缝矩张量特征值进行归一化处理，根据裂缝类型判断标准对裂缝类型进行判断；

步骤5，计算裂缝矩张量特征值对应的特征向量，由特征向量计算出裂缝的运动向量并确定运动向量与坐标轴的夹角即为裂缝走向。

所述钢筋混凝土为均质各向同性材料；采集裂缝声发射信号时，声发射波形数据采用P波初波的振幅；利用矩张量进行计算时，在2-D平面内至少需要4个声发射传感器，在3-D空间内至少需要6个声发射传感器。

所述步骤1中，声发射源位置采用时差定位法进行确定，按下式计算：

R_i-R_i+1＝V_pΔt