安泰功率放大器在钢筋与水泥基材料粘结性能研究中的应用

本文将与大家分享，功率放大器在超声技术铝板损伤监控实验研究中的应用，希望能对各位工程师有所帮助与启发。

粘结问题是一个很早就引起工程界关注的问题，材料间的良好粘结是保证不同材料共同受力与变形的基本前提．传统检测粘结性能的拉拔试验会对构件造成一定损伤，有时甚至无法进行试验．超声波无损检测（ＮＤＴ）为检测粘结性能带来了方便，目前，对于数字化超声波检测粘结性能的研究已取得了一定的研究成果．文献［１］采用超声脉冲回波法对铝合金材料的粘结性能进行了检测；文献［２－３］分别采用对侧法讨论了钢筋混凝土结构中钢筋和混凝土界面上由于腐蚀引起的粘结缺陷问题，并与腐蚀试验进行了对比；文献［４－５］考虑了碳纤维布的层数及与混凝土界面的粘结缺陷对碳纤维加固钢筋混凝土结构受弯全过程进行了声学参数分析；文献［６］根据超声波在钢筋中声学参数的变化对钢筋与混凝土的脱粘缺陷进行了研究；文献［７］对受拉作用下钢筋与混凝土在粘结失效前界面处粘结裂缝的变化对超声波振幅的影响进行了研究；文献［８］利用超声波多次衰减法研究并检测了圆筒的筒体与底座粘结强度；文献［９］对纤维－金属层板粘接质量进行了非线性超声评价研究；文献［１０－１１］对金属／非金多层粘结结构的粘接质量进行了检测；文献［１２－１３］利用超声波的声时、首波幅度、声速、接收波形及频率等声学参量分别研究了混凝土板底面砂浆层的粘结缺陷和钢管混凝土中混凝土与钢管胶结不良等缺陷，还确定出了缺陷的大小范围及严重程度；文献［１４］利用首波声时法和波形识别法检测了预埋件锚板与混凝土的粘结质量，并建立了缺陷判别方法．ＨＴＣＭ砂浆是一种新型混凝土加固修复材料，与钢筋之间的粘结缺陷研究相对较少，本文开展了超声波评估钢筋与ＨＴＣＭ砂浆粘结性能的研究．

１试验概况

１.１试件设计与制作

为了考察不同钢筋类型和粘结初始空洞缺陷对粘结性能的影响，根据混凝土结构试验标准附录中粘结性能试验方法进行试件设计．本试验分Ａ，Ｂ两组，每组４个，共８个试件，其中Ａ，Ｂ分别代表圆钢ＨＰＢ２３５和螺纹钢ＨＲＢ３３５．每组中设计４个试件，Ａ－１（Ｂ－１）代表无缺陷，Ａ－２（Ｂ－２）代表缺陷长度为３５ｍｍ，Ａ－３（Ｂ－３）代表缺陷长度为７０ｍｍ，Ａ－４（Ｂ－４）代表缺陷长度为１０５ｍｍ．各试件均由ＨＴＣＭ砂浆料制作，水灰比１∶４，密度２０００ｋｇ／ｍ３，自然养护２８ｄ，抗压强度６２ＭＰａ．试件尺寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１４０ｍｍ，所用钢筋直径均为１２ｍｍ，长４００ｍｍ．为了固定钢筋，使钢筋位于水泥基材料中心，做成带孔木板，在浇筑前放进模具的底部，木板厚１０ｍｍ．钢筋与水泥基材料粘结处的脱离模选用的是多孔软泡沫，考虑到泡沫的压缩性，厚度选为１５ｍｍ．制作时采用１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ模具．并对每个试件选择１８个点进行测试，共１４４个测点．各组试件通过人工干预使粘结性能有所不同．为了考察人工模拟缺陷对材料粘结性能影响，两组中均保留了完全粘结的试件做对比．最后通过拉拔试验检测了试件的力学性能．试验中所用到的具体试件见图１（Ａ、Ｂ代表组号，１、２、３、４代表该组试件编号，ａ、ｂ代表试件的两个相邻侧面），试件参数见表１．

１.２缺陷的超声测试

本试验采用非金属超声波检测仪，根据ＣＥＣＳ２１：２０００《超声波检测混凝土缺陷技术规程》，采用对侧法进行检测，测点布置见图２．测试时在测试区域涂上适量凡士林作为耦合剂，采用对侧法测了超声波的波速等参数。

１.３拔出试验

在钢筋的末端焊上长３００ｍｍ，宽１２ｍｍ的螺杆，将５ｔ的荷重传感器及千斤顶通过螺母固定住，千斤顶连接油泵施加力，荷重传感器外连接应变仪进行读数．拉拔试验装置见图３

２结果分析

拉拔试验的数据分析见表３．由表２、３可看出，随粘结不良区域的增大，试件粘结性能也相应降低，两者具有一定的相关性．图４给出了粘结不良百分比与剩余粘结力百分比关系曲线．

３有限元分析验证

３.１模型和划分网格

采用两个模型：完好钢筋与水泥基材料模型；钢筋与ＨＴＣＭ砂浆材料模型（材料间存在粘结裂缝）；材料尺寸均为１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１４０ｍｍ，钢筋直径１２ｍｍ，长４００ｍｍ，粘结不良处高７０ｍｍ，厚５ｍｍ．本模拟中，混凝土采用ＳＯＬＩＤ６５单元，考虑到钢筋的变形，钢筋采用了八节点ＳＯＬＩＤ４５实体单元．各材料性能参数见表４．

采用从上到下的方式，通过布尔运算得到所需的模型，对模型用ＧＬＵＥ命令进行粘结．为了使波传播计算中，单元在每个步长计算时沿波传播方向的长度小于波长，并考虑计算成本，将单元的大小划分为５ｍｍ．为保证结果准确性，用扫掠（ＶＳＷＥＥＰ）生成六面体单元，删除钢筋周边相应单元模拟粘结裂缝．模型２网格划分见图５（３／４模型）．为了使超声波激励在网格节点处并尽量与实际相符，模型中侧面加载节点选取位置见图６（共取９个节点）．在另一个侧面同一位置节点处接收信号．

３.２定义求解选项和施加荷载（脉冲信号）

采用完全法瞬态分析．发射波理论上应选择单音频信号，但严格的单音频信号很难产生．为避免发射波频散现象带来的不利影响，选用ＨＡＮＮＩＮＧ窗调制单音频的窄带信号脉冲作为激励信号．单音频信号经汉宁窗调制后，其信号旁瓣互相抵消，高频干扰和漏能消去，主瓣高，频散现象降低，频谱中能量主要集中于单音频信号频率附近．本文仿真分析中单音频的周期数设定为１０个，单音频信号频率选择为０���４５ＭＨｚ，振幅选为１００μｍ．加载的时间步长为０���２５μｓ，总加载时间为５８μｓ，通过读取时间差测量出声学参数．

3.３模拟结果分析

通过ＰＯＳＴ１和ＰＯＳＴ２６，可得到各模型超声波传播云图及各接收信号处接收到的波形，模型１、２各接收信号处所检测的具体声学参数见表５．

将表中数据进行对比，说明当材料间粘结处有粘结裂缝时，超声波传播所需声速要降低，超声波检测粘结缺陷是可行的

４结论

１）材料间的粘结缺陷的具体位置可以通过超声波检测超声波声速的变化得知．

２）材料间的粘结性能与粘结缺陷是存在内在规律的，通过检测材料间的粘结缺陷可以评价材料间的粘结强度等力学性能。

针对超声技术领域相关研究，安泰电子有着成熟的配套行业解决方案，ATA系列高压放大器，在超声声学、超声无损检测、超声医疗等众多技术研究中有着重要的应用，为更好的进行科研实验提供了条件。

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审核编辑 黄宇