Page 221 - 《应用声学》2025年第3期

第 44 卷 第 3 期 虞爱平等： 套筒灌浆饱满度对声发射信号传播特性影响 755

Nyquist 采样定理，信号发生频率必须小于或等于 建立的关于套筒GDI计算公式如式(5)：
采样频率 f s 的 1/2，即小于或等于 500 kHz，故试验 v
u ) 2
n (
可以采集到的 AE 信号的最大频率为 500 kHz [20] 。 GDI = u∑ e i,u − e h,u , (5)
t
因此，用 3 层小波包分解 AE 信号后，每个频带宽度 u=1 e h,u
为62.5 kHz，共8个频带对应的频带宽度范围如表4 式(5) 中，i为工况代号；e i,u 为有缺陷灌浆套筒其中
所示。 一个子频带的能量占比；e h,u 为无缺陷灌浆套筒其

表 4 8 个频带对应的频带宽度 中一个子频带的能量占比。
Table 4 The corresponding bandwidth of GDI 值通过比较小波包分解后无缺陷试件与
8 frequency bands 有缺陷试件的能量差来表示灌浆缺陷的大小。由
频带编号 对应频带宽度/kHz 式 (5)可知，缺陷指标越大，信号变化越明显，即灌浆
1 0 ∼ 62.5 饱满度缺陷越大。值得注意的是，在计算套筒 GDI
2 62.5 ∼ 125
前，为了尽量排除杂波对试验结果的影响，应对小波
3 125 ∼ 187.5
包分解得到的频带能量占比进行筛选，选择能量较
4 187.5 ∼ 250
5 250 ∼ 312.5 为集中的频带来计算。
6 312.5 ∼ 375
7 375 ∼ 437.5
3 试验结果及分析
8 437.5 ∼ 500
2.2 套筒灌浆饱满度缺陷指标 3.1 小波包能量比例分析
AE 弹性波的衍射、折射、散射和能量衰减等的 试验结合 AE 系统 AST 作为激励信号源模拟
程度取决于相邻两种材料的声阻抗。弹性波在有缺 AE 信号，对不同灌浆饱满度套筒进行 AE 信号检
陷灌浆套筒中的传播可分为两类：一是在灌浆缺陷 测。为确保激发的 AST 信号波形参数一致，每次激
部分的纯钢筋段上传播，二是在灌浆密实的套筒内 发信号的参数设置均保持一致。相同工况的平行
传播。钢筋与空气声阻抗值差异远超钢筋与灌浆料 试件测试后所得到的 AE 波形几乎相同。选取工况
声阻抗值，可认为弹性波的能量衰减仅发生在套筒 SP100 的平行试件经小波包分析后得到的各频带
灌浆密实段。在灌浆套筒结构中，灌浆缺陷将主要 能量占比举例分析，如表 5 所示。相同工况的平行
影响弹性波散射衰减和吸收衰减的改变，其中散射 试件经小波包分析后得到的各频带能量占比非常
衰减占主导地位。灌浆脱空部分将导致自由钢筋长 接近(各频带能量占比绝对误差范围均在1%以内)。
度增加，而灌浆密实段钢筋长度减少，从而导致弹性 综上，研究选取其中一个平行试件的测试结果进行
波能量衰减程度发生改变。因此可以根据弹性波衰 分析。
减的程度大小来识别区分套筒的灌浆饱满度。
表 5 SP100 平行试件小波包能量对比分析
灌浆缺陷指标 (Grouting defect index, GDI)
Table 5 Wavelet packet energy analysis of
可以定义为小波包分解后有缺陷试件的响应与无
SP100 parallel specimens
缺陷 (即灌浆饱满度为 100%) 试件的响应能量差的
(单位: %)
程度。文献 [21] 已建立关于套筒灌浆饱满度评价
指标。试验选择 Sym8 小波函数对 AE 信号进行 N 工况 SP100
(N = 3)层小波包分解。 平行试件 1 2 绝对误差
频带 1 6.9 7.5 0.6
灌浆饱满度为 100% 套筒响应信号分解小波包
频带 2 20.61 20.1 0.5
能量占比为
频带 3 71.85 71.53 0.32
ER h = [e h,1 , e h,2 , e h,3 , · · · , e h,2 N]. (3) 能量 频带 4 0.35 0.45 0.1
占比 频带 5 0.03 0.01 0.02
灌浆饱满度不足 100% 套筒响应信号的小波包
频带 6 0.22 0.31 0.09
能量占比为
频带 7 0.04 0.1 0.06
ER i = [e i,1 , e i,2 , e i,3 , · · · , e i,2 N]. (4) 频带 8 0 0 0