桥梁结构疲劳损伤声发射信号的规律

桥梁结构疲劳损伤声发射信号的规律http://www.chinatesting.com.cn/
孔德连1 汪文有1 许凤旌2
（1.北京化工大学，北京市100029；2.美国物理声学公司（PAC） 联合实验室，北京市100029）

       ［摘要］ 为了克服常规无损检测方法不能动态监测疲劳裂纹的损伤程度，根据声发射及其定位技术，采用实验手段研究了桥梁锚固结在初始裂纹存在情况下，随着疲劳加载过程，其损伤活性的变化情况。实验结果表明，疲劳裂纹具有一定的周期性规律；随着加载的进行，声发射仪器能精确定位出裂纹初始位置和扩展方向。这篇文章主要介绍疲劳裂纹信号的周期性规律和定位效果，关于从复杂噪音环境中如何识别和分离裂纹活动信号，请查看文献“桥梁结构疲劳损伤声发射信号的特征”。

      ［关键词］ 声发射；疲劳裂纹；在线监测

       图1 是荆岳长江公路大桥索一塔锚固结构钢锚梁模型，这次实验的目的是在找到疲劳裂纹信号特征的基础上进一步分析疲劳裂纹信号的规律和定位效果，并找出裂纹扩展信号。

        该锚固结构预定疲劳测试次数为200 万次，采用压- 压疲劳加载，最大加载载荷- 1714KN，最小加载载荷- 124.6KN，加载频率为1.1
次/ 秒。随着疲劳加载次数的增加，锚梁横梁段与底部支撑板焊缝连接处出现宏观裂纹。当疲劳次数达到77 万次的时候，采用声发射技术对钢梁进行疲劳监测，采集裂纹活动过程的声发射信号。经过10 天的监测，一直跟踪至疲劳测试结束，获得了有价值的数据。通过对数据的处理分析，得到裂纹损伤活动过程的信号特征。数据分析表明，裂纹在张开与闭合阶段均产生声发射信号，且具有不同的参数特征只有经过一定的疲劳周次，才会发生真正的裂纹扩展，裂纹扩展具有随机性。图中左端红点处为已发现的焊缝裂纹处。

      1 疲劳损伤声发射监测目的及监测系统
      1.1 检测目的
       这次检测的主要目的是在找到疲劳裂纹信号特征的基础上进一步分析疲劳裂纹信号的规律和定位效果，并找出裂纹扩展信号，对裂纹缺陷处进行监测，实时预报裂纹扩展的发生、发展，对裂纹缺陷信号源进行定位，判断损伤位置以及损伤活度。
      1.2 检测仪器
      采用美国物理声学公司（PAC） SAMOS PCI- 8 声发射系统对疲劳试验过程进行长时间监测，谐振传感器中心频率为150KHz，前置放大器选择40db 增益。

      2 探头布置

        图2 是该锚固结构（见图1） 左端背侧焊缝处传感器布置简图，裂纹在7 探头附近。其疲劳裂纹的基本特征与文献“桥梁结构疲劳损伤声发射信号的特征”中分析的疲劳裂纹特征基本一致。

        3 数据分析
        3.1 裂纹信号的周期性分析
        通过分析裂纹活动时的信号能量非常低，均低于50，采用图形滤波滤除能量低于50 的噪音信号。图3 为12 月21 日“武汉桥梁定位测试- 1221 全波形变频平稳阶段采集.DTA”中的数据，加载频率为0.5HZ（周期为2s） 时，7 通道滤波后的幅值图（每小格间隔0.5秒）。

        通过信号特征参数和波形的分析，图中所示信号均为裂纹活动时的信号，裂纹信号分三层。三层信号的周期与加载周期都相同，信号的具体参数如表1：

       图4 至图6 是分别对这三层信号进行5、7 通道定位的图，进一步证明这些信号都是裂纹活动时的信号。

       图7 为12 月21 日“武汉桥梁定位测试- 1221 全波形变频过程至平稳阶段采集.DTA”中的数据，加载频率为1.1HZ（周期为0.9s） 时，7 通道滤波后的幅值图（每小格间隔0.5 秒）。

        可看出裂纹信号分三层，三层信号的周期与加载周期都相同，信号的具体参数如表2。对每层信号进行定位确定，其结果同上。

        从上面两个例子可看出三层信号的周期和加载周期都相同，并且通过定位分析可以确定都是裂纹活动的信号。第一层和第二层相差半个周期。第三层和第一层一一对应，但比第一层早到达传感器。（第一组数据第三层比第一层数据早到0.25s，第二组数据第三层比第一层早到0.04s）。