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研究生:劉祐權
研究生(外文):Yu-Chuan Liu
論文名稱:預力鋼鍵與鋼棒之超音波傳模式分析
論文名稱(外文):Ultrasonic Wave Propagation In Prestressed Tendons And Steel Rebars
指導教授:江支弘江支弘引用關係
指導教授(外文):C-H Chiang
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:168
中文關鍵詞:預力鋼鍵預力損失非破壞性檢測超音波
外文關鍵詞:Prestressing TendonStress RelaxationNDTUltrasonic
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預力混凝土結構之應用極為廣泛,在長時間使用後,其力學特性包括混凝土中的鋼鍵產生潛變、預力鬆弛、腐蝕等老劣化現象,本研究主要針對鋼鍵及鋼棒的預力損失,建立鋼鍵及鋼棒受到不同施拉荷重時之波傳特性進行探討,再應用鋼筋混凝土中強度設計法之概念與地錨荷重檢測的方式,嘗試以超音波檢測方式,主要針對超音波訊號與不同荷重狀況作相關性之比較。
初步結果顯示在不同荷重鋼鍵之訊號相互重疊比較時,時域訊號可發現荷重越大訊號延遲越大,頻域訊號可利用相對差值及絕對差值得到在相同之頻率下,荷重愈大衰減情況有愈明顯之趨勢,也可從波傳理論中細長桿件分析可證明出超音波頻散及波速變化之關係圖,以及繩索之張力波理論可推導出與應變之關係式。鋼棒在未受到拉力荷重狀況下,從訊號判斷下發現是由高頻先達到然後遞減。並利用濾波器將訊號處理後,與原始訊號比較後並無法有效將雜訊抑制住,故通帶濾波器(Bandpass)之功能無法得到成效。
Prestressed concrete has been widely applied to structures such as bridges and large building roofs. Due to creep, concrete shrinkage, stress relaxation, and many other causes ,the stress level tends to decrease after a long period of time. This research focuses on the measurements of a tendon in a structural element. Based on the ultrasonic time-of-flight measurements, the correlation between stress level and ultrasonic signals are studied.
Delay in the ultrasonic signal is observed when the stress level of the tendon is increased. More delay in arrival time can be found and is associated with a higher stress level. Analysis in the frequency domain also shows greater attenuation in signals obtained at higher stress levels. Initial attempt based on a simple bandpass filter, however, fails to surpass the signal noise obtained from an unstressed steel bar.
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅵ
圖目錄 Ⅶ
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 2
1-2 問題定義 2
1-3 研究方法 2
1-4 本文內容 2
第二章 文獻回顧 5
2-1 探討鋼鍵預力損失之研究 5
2-2 針對大地工程之地錨所產生原因之探討 9
2-3 針對訊號處理之問題 12
2-4 研究動機 13
第三章 實驗規劃與設計 14
3-1 混凝土試體設計 14
3-2 型鋼框架試體設計 14
3-3 試驗設備與裝置方式 15
3-4 試驗方法 16
3-2-1 脈波反射法 16
3-2-2 聲波穿透法 17
3-5 數位訊號之處理與應用 17
3-5-1 濾波器設計原理與比較 17
3-5-2 IIR和FIR濾波器設計之比較 22
3-5-3 實際濾波器之應用 22
3-5-4 訊號處理之流程 23
第四章 實驗結果與分析 29
4-1 鋼鍵實驗結果 29
4-2 鋼棒實驗結果 37
4-3 波傳分析 43
第五章 訊號處理之結果與討論 48
5-1 鋼鍵訊號處理後之結果 48
5-2 鋼棒訊號處理後之結果 58
第六章 結論與建議 61
6-1結論 61
6-2建議與未來之發展 63
參考文獻 64
附錄、應力波傳實驗結果附圖 68
1.鋼棒無荷重之原始訊號 68
2.鋼棒無荷重之FAMOS濾波訊號 69
3.鋼棒無荷重之Matlab濾波訊號 71
4.鋼棒無荷重雙探頭之實驗訊號 72
5.照片 74
表目錄
表2-1 抗張材之鬆弛所導致之預力損失率【28】 11
表4-1 鋼鍵不同荷重下之訊號延遲的線性回歸 31
表4-2 未濾波不同長度及脈波強度400之探頭接收頻率 40
表4-3 未濾波不同長度及脈波強度900之探頭接收頻率 41
表5-1 鋼鍵不同荷重下之處理後訊號延遲的線性回歸(FAMOS) 52
表5-2鋼鍵不同荷重下之處理後訊號延遲的線性回歸(Matlab) 53
圖目錄
圖1-1 研究流程圖 4
圖2-1 鋼絞線之長期預力損失(after【10】) 6
圖2-2 適用性試驗荷重與變位量關係【27】 10
圖3-1 混凝土圍阻體 24
圖3-2 混凝土試體之尺寸 25
圖3-3 儀器裝設方式 25
圖3-4 典型的時域訊號(tr18) 26
圖3-5 濾波器階數在衰減上的影響(巴斯渥斯濾波器) 26
圖3-6 柴比雪夫濾波器的典型振態響應 27
圖3-7 Matlab之濾波器設計 27
圖3-8 訊號處理之流程 28
圖4-1 訊號之不同荷重之時域重疊顯示(tr18ref~tr23ref) 30
圖4-2 時域訊號延遲與拉力荷重(第一試驗) 30
圖4-3 時域訊號延遲與拉力荷重(第二試驗) 31
圖4-4 傳遞頻率下拉力荷重與衰減率之關係(相對差值)(1st run) 33
圖4-5 基本訊號之FFT圖(3.8ton) 33
圖4-6 荷重3.8ton及5.7ton之FFT比較圖(1st run) 34
圖4-7 荷重3.8ton及7.7ton之FFT比較圖(2nd run) 34
圖4-8 荷重3.8ton及9.6ton之FFT比較圖(3rd run) 35
圖4-9 荷重3.8ton及11.6ton之FFT比較圖(4th run) 35
圖4-10荷重3.8ton及12.3ton之FFT比較圖(5th run) 36
圖4-11各別荷重的頻率除以基本訊號頻率的關係(1MHz) 36
圖4-12傳遞頻率下拉力荷重與衰減率之關係(絕對差值)(1MHz) 37
圖4-13典型鋼棒的脈波反射法之訊號 38
圖4-14將第一個回波放大之訊號 39
圖4-15將第一個回波訊號轉FFT 39
圖4-16將圖4.13之探頭訊號之FFT 40
圖4-17典型鋼棒的脈波穿透法之訊號(第一種接法) 42
圖4-18典型鋼棒的脈波穿透法之訊號(第二種接法) 42
圖4-19軸力與超音波頻散及撓曲波速變化 45
圖4-20訊號延遲比例(Shift Ratio) 對應變的關係 47
圖5-1 訊號濾波後之不同荷重之時域重疊顯示(FAMOS) 49
圖5-2 訊號濾波後之不同荷重之時域重疊顯示(Matlab) 50
圖5-3 時域訊號延遲與拉力荷重(第一試驗) (FAMOS) 50
圖5-4 時域訊號延遲與拉力荷重(第二試驗) (FAMOS) 51
圖5-5 時域訊號延遲與拉力荷重(第一試驗) (Matlab) 51
圖5-6 時域訊號延遲與拉力荷重(第二試驗) (Matlab) 52
圖5-7 未濾波與濾波後之時間訊號延遲與荷重比較(1strun) (FAMOS) 54
圖5-8 未濾波與濾波後之時間訊號延遲與荷重比較(2ndrun) (FAMOS) 54
圖5-9 未濾波與濾波後之時間訊號延遲與荷重比較(3rdrun) (FAMOS) 55
圖5-10未濾波與濾波後之時間訊號延遲與荷重比較(4thrun) (FAMOS) 55
圖5-11未濾波與濾波後之時間訊號延遲與荷重比較(1strun) (Matlab) 56
圖5-12未濾波與濾波後之時間訊號延遲與荷重比較(2ndrun) (Matlab) 56
圖5-13未濾波與濾波後之時間訊號延遲與荷重比較(3rdrun) (Matlab) 57
圖5-14未濾波與濾波後之時間訊號延遲與荷重比較(4thrun) (Matlab) 57
圖5-15典型鋼棒的脈波反射法之濾波訊號 59
圖5-16將第一個回波訊號之濾波訊號 59
圖5-17將第一個回波訊號之濾波訊號轉FFT 60
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