[发明专利]一种基于声发射波形分析的钢筋混凝土梁损伤状态评估方法

说明书

一种基于声发射波形分析的钢筋混凝土梁损伤状态评估方法，将钢筋混凝土梁作为实验对象，采集构件在四点弯曲分级加载作用下的声发射信号，直至混凝土材料碎裂，得到声发射能量参数时程图与加载曲线；结合钢筋混凝土梁破坏过程的损伤发展特征和声发射能量参数的特点，提取10ms声发射能量突变时刻对应的信号波形；选择sym8小波基函数，通过数值模拟的方法确定分解层数，对缺陷信号波形进行基于Rigrsure软阈值的小波降噪；选取IMF分量信号，计算信号的归一化能量向量；选择归一化能量向量中能量占比较大的几阶IMF分量快速傅里叶变换，得到IMF分量的瞬时频率。通过不同声发射信号中IMF分量的瞬时频率范围，从而判断钢筋混凝土梁构件内部损伤状态。

技术领域

本发明涉及一种基于声发射波形分析的钢筋混凝土梁损伤状态评估方法，属于材料损伤检测技术领域。

背景技术

钢筋混凝土结构兼具钢筋与混凝土的优势，具有强度高、刚度大、造价低等特点，广泛应用于土木、水利等行业。随着这一系列相关行业的发展，众多学者愈发重视已建钢筋混凝土建筑物的安全稳定性，尽可能准确地判断钢筋混凝土构件内部损伤程度。声发射(AE)技术作为一项动态无损检测方法，能够随时接收到混凝土开裂、钢筋滑移等应变能释放产生的弹性波，及时地存储构件开裂、破坏过程中的声发射信号用于评估结构损伤程度。波形分析法是对声发射信号的一种重要分析方法，如何利用信号的波形特征评估钢筋混凝土构件的损伤程度，仍然缺少有效、精确的手段。本发明是基于上述的背景提出的一种基于声发射波形分析的钢筋混凝土梁损伤评估方法，为评估钢筋混凝土构件在分级荷载作用下的内部损伤情况提供一种新的方法。

发明内容

为了解决现有技术方法的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于声发射波形分析的钢筋混凝土梁损伤状态评估方法，提取钢筋混凝土构件发生缺陷时的声发射信号波形特征，意义明确、针对性强，便于测量、可操作性强，为评估钢筋混凝土构件在分级荷载作用下的内部损伤情况提供一种新的方法。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于声发射波形分析的钢筋混凝土梁损伤状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将钢筋混凝土梁作为实验对象，采集构件在四点弯曲分级加载作用下的声发射信号，直至混凝土材料碎裂，得到声发射能量参数时程图与加载曲线；

步骤2，结合钢筋混凝土梁破坏过程的损伤发展特征和声发射能量参数的特点，提取10ms声发射能量突变时刻对应的信号波形；

步骤3，选择sym8小波基函数，通过数值模拟的方法确定分解层数，对缺陷信号波形进行基于Rigrsure软阈值的小波降噪；

步骤4，将步骤3经过小波阈值降噪后的信号进行CEEMD分解得到i个IMF分量(c₁，c₂，···，c_i)；

步骤5，选取IMF分量信号，计算信号的归一化能量向量；

步骤6，选择步骤5中归一化能量向量中能量占比较大的几阶IMF分量快速傅里叶变换，得到IMF分量的瞬时频率。通过不同声发射信号中IMF分量的瞬时频率范围，从而判断钢筋混凝土梁构件内部损伤状态。

进一步地，步骤3中对声发射能量突变时刻对应的信号波形进行小波阈值降噪的步骤如下：

步骤3.1，通过数值模拟的方法，确定利用小波基函数对信号进行2到10层小波分解，得到各层细节系数d₁,d₂,···,d_n以及第n层近似系数a_n(n为分解层数)，其中模拟信号的表达式为：