深圳市太科检测有限公司
摘要：声发射检测是指从动态载荷的材料或结构中确定声发射源区位，发现很多关于声发射源有价值的数据。声发射传感设备传输异常复杂的信号，出现很多包含声发射源的波形。因此，结合这部分信号获取声发射源的重要信息，在结构工程中应用声发射检测技术，发现和解决存在的问题。
关键词：声发射检测；结构工程；应用
引言
材料的局域源快速累积能量，形成瞬态弹性波，即声发射。这一物理现象存在普遍性，很多材料变形与断裂都会产生声发射现象，绝大部分材料仅发出极弱的声发射信号，人一般难以发现，需借助电子仪器完成检测。利用设备全方位探测声发射信号，做好记录和分析，通过声发射信号科学判断声发射源，即声发射技术。该技术是一种新兴的无损检测技术，对其研究具有一定的现实意义。
1声发射检测原理
外力或内力在材料或结构内部发挥作用，集聚能量并释放，产生瞬态弹性波，即为声发射，多见于材料内的活动裂纹、缺陷焊缝和屈服位置。声发射源是指材料发生塑性变形与断裂。另外，相变、腐蚀、摩擦与磁化过程也会出现声发射现象，声发射源产生的弹性波通过材料或结构向表面传递，改变了表面质点的位置，由压电传感器改变转换的质点，获取电信号，利用仪器对这部分电信号集中放大处理，获得声发射检测的频率范围20kHz-1MHz。
声发射源、传导媒介、传感器等因素共同作用于设备，从而产生声发射信号。以种类实行分析，声发射信号具体包括突发型声发射信号、连续型声发射信号和两种类型混合的声发射信号。一般采取参数分析法和波形分析法处理声发射信号：特征参数对损伤机理实现探究，将其紧密联系着获取的参数，即参数分析法；而波形分析法重点探究信号隐藏的损伤数据。
声发射检测是对采集的信号进行甄别，从而得到损伤信息，科学对比采集的信号与材料或结构内损伤状态信息，对材料或结构的安全性实现监控。系统分析采集的声发射信号，了解裂纹活动的特征，判断材料或结构的安全情况，提高无损检测的效率。声发射技术具有被动特征，打破了被检测对象介入限制，全程检测损伤历史，突出极高的灵敏性，不被任何形状约束，完成在线实时监测。
2声发射检测的实施
2.1仪器设备
检测所需的工具是智能声发射仪，科学运用了全波形采集工艺，有效存储数据，实现波形显示，以定位技术和信号处理技术，定量检测缺陷。
2.2布置传感器
根据被检测对象决定传感器的数量，也就是发射器的通道数。对传感器的位置没有特殊要求，向仪器录入被检测对象的信息，经过一系列计算，找到传感器的最佳位置。一般以三角形布置传感器，便于对缺陷位置实现计算。
2.3加载与测试
定期检验结构工程，声发射检测时，应实行加载作业。开展综合检验时，需开展水压测试，以水压为载荷。根据压力预设标准确定水压试验的数值，在保压与加压过程中统一采集声发射信号。
3混凝土结构损伤声发射检测的核心问题
3.1声发射参量与混凝土材料基本属性间的关系
混凝土材料声发射现象紧密联系着混凝土材料属性，对其关联机制和量化关系模式进行分析，综合把握混凝土形成裂缝的成因，以及断裂的损伤演化原则。
3.2混凝土结构损伤机理与声发射关系
大量学者致力于在水泥基体、砂浆和混凝土裂缝发展、声发射间找出彼此隐藏的关系，结果说明混凝土材料的不同损伤阶段对应各种声发射模式，混凝土损伤特点为声发射参量；混凝土声发射活性紧密联系着内部存在的缺陷；混凝土发生断裂传递强烈的声发射信号；对混凝土损伤量化评价时科学应用声发射特征参数。混凝土性能退化时，材料内部孔隙、微裂缝和裂缝出现了延展现象，根据损伤力学与声发射速率，基于单轴受压条件，利用混凝土材料声发射特征参数设计损伤演化的关系方程式，对声发射特征参数科学测量，系统掌握混凝土内部损伤的情况。根据声发射速率发展理论，找出混凝土材料的损伤变化规律，理顺水工混凝土声发射活性与材料损伤参量之间的关系，确定声发射活性参数表现方式，初步构建水工混凝土损伤演变模型，有利于综合评价施工客观混凝土损伤因子测试。
依据声发射技术和混凝土材料损伤断裂试验，设计混凝土三点弯曲梁试验，获取声发射信息，确定关于混凝土断裂发生的起裂点与失稳点，结合声发射参量构建设计混凝土损伤本构体系；此外，绘制声发射参数曲线，总结混凝土和钢筋混凝土十三点弯曲梁断裂破坏过程，将其分为6个阶段，设计对混凝土十三点弯曲梁起裂荷载客观评价的模式。
试验分析了混凝土试块的三点弯曲特点，掌握了声发射事件的空间分布原则，基于临界断裂明确混凝土试块的分形识别方式，对应声发射事件涉及函数，综合描述了这一空间演化特征，根据三点弯曲试验深入挖掘了声发射空间演化与临界断裂之间的内在联系，验证混凝土试块在应力变化过程，空间自由组织持续改变规律，当不断降低声发射空间位置时，代表发生了宏观断裂。
3.3混凝土结构损伤声发射定位技术
精确定位声发射源是指在检测与评定混凝土损伤时科学应用声发射技术。为保证声发射源准确定位，避免发生伪定位与漏定位的问题，应科学设置声发射仪器数据，合理选择波速，明确传感器的空间区域，科学把控声发射信号的传播特点，结合声发射信号的不同形式，采取与之对应的定位模式。
4应用实例
某桥面铺设沥青混凝土，下部设计为双柱式桥墩结构。因修建时间较长，该桥加重了老化现象。荷载作用持续扩大，以及自然环境的影响，导致板间铰缝发生了纵向裂缝，削弱了板间横向关联。为客观评估该桥的现实承载力，初步实行静载试验，以声发射技术了解桥梁裂缝的发展状况，掌握结构的现实受力特征。
4.1试验方法
为保证数据结果的精确度，科学设定声发射信号采集处理软件的各项指数，减轻噪声污染。试验选择夜间进行，最大程度降低噪音污染。试验加载工具为载重汽车，结合荷载效应科学计算。应用42t和41t两辆加载车。在该桥南边跨实行对称加载和偏心加载。具体加载等级：Ⅰ级，第1辆汽车前轴停在试验跨跨中；Ⅱ级，第1辆汽车后轴停在试验跨跨中；Ⅲ级，不改变第1辆汽车加载区位，第2辆汽车前轴停在试验跨跨中；Ⅳ级，第2辆汽车后轴停在试验跨跨中。当桥梁南边跨出现第1辆汽车前轴时，立刻采集声发射信号，汽车完全通过南边跨时，采集声发射信号完成。在试验跨放置声发射传感器，合理设定应变测点。
4.2试验结果
对结构损伤程度分析时，应参考声发射信号幅值与能量。幅值对声发射事件发生大小发挥了决定性作用，通过对幅值高低把握判断损伤源的损伤状况。声发射事件的呈现方式为能量的高低或强弱，有效规避了白噪声干扰。因篇幅限制，至选择最具代表性的板底传感器分析采集的声发射信号。
4.2.1板底声发射信号参数特点
对称加载与偏心加载采集，得到高度统一的板底声发射信号，只提供对称加载的结果。加载发生时，板底未产生大量声发射信号，且幅值相对偏低，具体分布在45-50dB，减少跨中应变值。说明加载和卸载不断加大，板底无明显变形迹象和新的裂缝，有效避免了严重的结构性损伤。在静载试验过程中，综合检查跨中位置的裂缝情况，不存在新的裂缝。梁板预应力结构对裂缝起到了预防作用，而不断加载过程可能会形成声发射信号，梁板内贯穿了微观缺陷，其原因是存在肉眼无法发现的微裂纹。
4.2.2铰缝声发射信号参数特点
对称加载与偏心加载过程，裂缝带来了丰富的声发射信号，均明显增加了幅值，具体分布在45-65dB，超过75dB幅值的信号极少；在板底之间出现高低不等的应变值，说明反复加载与卸载时，各底板出现了较大的移动，一定程度加重了铰缝损伤。经观测场地可知，板间铰缝存在相对严重的破损，多处铰缝形成纵向裂缝。
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