关键词：声发射；土木工程；应用发展；
声发射技术是一种无损检测技术。在构件开裂或变形过程中会产生声发射信号，借助专用的检测仪器来采集声发射信号，经过计算机对信号的处理，得到与缺陷特征相对应的声发射参数，然后分析声发射参数，以此来判断构件损伤的程度、位置、状态和发展趋势。并且，声发射检测法几乎不受材料的限制，近些年来被广泛应用到土木工程领域的损伤检测研究当中。
一、声发射技术的特征
声发射技术是一种动态检测方法，有以下特点：（1）既可以对静态的结构进行检测，也可以对受力的围岩进行实时检测；（2）对形态复杂和特大的构件或岩体可以在探测范围的任何部位进行检测；（3）由于声发射现象在固体材料中普遍存在，故对大多数岩土工程都可以用声发射技术来检测。
二、声发射技术在土木工程中的研究
1.岩石材料单轴加卸荷试验。对岩石试块进行了单轴加卸荷载实验。最后得出结论:岩石在加载和卸载时，都会产生新的损伤；试验也表明，声发射技术能够有效的动态观测岩石损伤的演化和扩展的过程。
2.钢绞线拉伸试验。利用声发射技术监测钢绞线的损伤过程。并得到以下结论:钢绞线在被拉伸断裂之前，声发射的特征参数几乎没有明显的变化，但是随着不断加载，当钢绞线接近断裂时，声发射信号变化十分剧烈，信号迅速增大，在临近钢绞线屈服点的时候，信号发生一次极大突变。
3.混凝土材料受弯试验。对不同材质的试件进行断裂试验，分析声发射信号，并设置持续时间滤值，得出了与不同材质试件破坏机制相对应的声发射参数特性。进行了混凝土梁的三点弯曲试验，并研究了在三点弯曲试验时混凝土梁的声发射特性。试验结果显示，在加载的初始阶段，混凝土间断性地出现裂缝，同时既有裂纹的扩展是间歇性的，加载到临界状态之后，裂缝的扩展呈失稳状态。对混凝土材料进行三点弯曲试验，并根据声发射累积能量与载荷关系曲线，提取了混凝土材料破坏阶段的全波形声发射信号，分析了混凝土材料破坏阶段的频谱特性。进行了钢筋混凝土梁三点弯曲试验，并采用SWAES全波形声发射检测仪采集并记录了试验过程中全波形声发射信号。试验结果表明，与普通混凝土梁相比，钢筋混凝土梁的破坏过程是一样的，随着不断加载，声发射信号都是经历了低频、高频直到低频高频共存的过程。进行了混凝土材料的三点弯曲试验，对试件断裂过程中声发射事件的空间分布规律进行了观测。结果表明，在试验过程中，随着应力状态的变化，声发射过程的空间自组程度也是变化的。对普通混凝土构件进行了三点弯曲试验，试件具有几何相似的缺口，但缺口大小不同，通过分析不同尺寸的构件在断裂过程中释放的能量与声发射能量之间的关系，得出以下结论:声发射能量和断裂能量随着构件尺寸的增大而增大，而且，梁高越高，声发射累积能量也越；加载时间临近峰值时，声发射能量和累计能量迅速增加，开口处裂缝扩展也急剧增加，由此可以看出，荷载接近构件的临界荷载时，产生声发射事件；达到临界荷载之后，声发射能量随时间明显加速上升，直到达到荷载与开口处裂缝位移曲线的后峰位置的一半，而且上升的陡峭程度随着梁高的增加而加。
4.混凝土材料受压试验。对混凝土材料进行往复加载试验，研究其破坏过程中发现存在Kaiser效应和Felicity效应，并对Kaiser效应和Felicity比的关系进行了详细研究。由于声发射对于材料的受力历史具有记忆能力，因此利用声发射技术来确定材料曾经受过的最高荷载，进而评价其可靠性。千力等介绍了混凝土损伤力学基本原理、声发射技术基本理论、常用的声发射参数和声发射仪器。
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5.受酸腐蚀混凝土剪切试验。对用硫酸和硝酸混合溶液腐蚀后的Z型混凝土试件进行剪切试验，并采集和分析了试验过程中的声发射信号。研究结果表明:腐蚀周期越长，试件的剪切强度越低，声发射参数也明显下降，而且与剪切强度衰减率相比，声发射参数衰减率更大。
6.CFRP钢管混凝土受弯、受压和剪切试验。研究了混凝土材料在不同受力形式下的声发射特征及损伤机理。研究结果表明，混凝土的强度、受力形式、应力水平等都对混凝土材料的声发射特性产生影响。试验和结论如下:对预制裂缝混凝土梁进行三点断裂声发射试验，并利用声发射技术进行损伤定位，并将判定结果与数字散斑检测结果进行对比。通过实验结果，可知利用声发射参数的突变特征，确定混凝土初始断裂和失稳断裂的时间和程度，并以此为依据计算混凝土初始断裂韧度和失稳断裂韧度是可行的。
7.混凝土轴心受拉试验。进行了混凝土轴拉试验，得到结论如下:混凝土在轴拉过程中，Kaiser效应比较明显；混凝土Kaiser效应具有记忆功能，对其经受过的最大应力最大应变都有“记忆”强度等级、试件大小、骨料最大粒径和加载速率对混凝土轴拉声发射Kaiser效应几乎没有影响。
8.CFRP钢管混凝土受弯试验。既有结构的维护、加固是目前土木工程界研究的重要内容之一。构件表面粘贴碳纤维布加固法加固混凝土结构技术是近年来土木工程加固领域的一项新型加固技术。对CFRP钢管混凝土进行受弯试验，研究在弯曲荷载作用下，CFRP钢管混凝土的破坏过程及声发射变化规律。得出以下结论:试件的破坏过程可分为弹性段、弹塑性段、下降段和软化段四个阶段，同时，声发射参数变化及波形特征能够与试件破坏过程较好对应。
三、声发射技术的应用前景和存在的问题
岩体声发射技术的应用与研究是一个广阔的领域，从声发射理论和应用情况看，虽然声发射技术的理论研究已经取得了显著的成绩，但仍落后于工程实际应用。由于声发射技术可以检测大范围任何部位的被测物体，也可以对任何形状的结构而且不破坏被测试体进行实时监测，由于地震波与声发射信号具有相似的随机性、非平稳的过程，还可以进行地震预测预报，所以声发射技术具有良好的应用前景。当然，其也存在着一些问题，具体如下：
1.声发射技术是从接收到的声发射信号来判断声发射源的，所以评价其有害度，必须研究声发射的发声机理及不同的发声机理与接收到的信号之间的联系，目前，声发射机理的研究尚不太成熟，一定程度上限制了声发射技术的应用与发展。
2.各种材料在不同实验条件下表现出的声发射特性差别很大，这就需要广泛研究各种材料的声发射特性，丰富人们对材料声发射特性的认识，为寻找接收到的声发射信号与声源之间的联系提供依据。
3.声发射技术的发展离不开声发射仪器的发展，声发射信号的分析与处理方法、能力还不能有效除噪、分频，进一步限制了AE技术的应用，寻找排除噪声的新方法和研究缺陷有害度评估的新方法，从而研制出适合于严重噪声环境下应用的新仪器，研制排除噪声干扰应用的新型声发射监测仪器更是有待解决的难题。
总之，随着现代经济的飞速发展，我国建筑业已经到达新建建筑工程与加固原有建筑并重的阶段，大量结构正在步入老化期，直接导致结构的安全性和耐久性降低。为了确定在用结构的安全性和耐久性是否满足要求，可以采用声发射无损检测技术对工程结构进行检测与监测，对其可靠性作出科学评价，然后有的放矢地进行维修和加固，以提高工程结构的安全性，延长其使用寿命。
参考文献：
［1］张新宇，声发射技术及其应用.2018.
［2］袁泽云．浅谈声发射技术在土木工程领域的研究与应用.2018.
论文作者:何洁
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷第18期
论文发表时间:2020/1/14
标签：混凝土论文; 技术论文; 信号论文; 材料论文; 荷载论文; 构件论文; 土木工程论文; 《建筑实践》2019年第38卷第18期论文;