A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Spannungsabhängigkeit elastischer Wellen in Beton
Beton stellt mit seinem nichtlinearen Spannungs- Dehnungs-Verhalten eine Herausforderung für die zerstörungsfreie Prüfung dar. Mit steigender Spannung nehmen die nichtlinearen Eigenschaften noch zu und können - z. B. durch die sich in Abhängigkeit von der Belastungsrichtung bildenden Mikrorisse - zu einer anisotropen Ausbildung von Eigenschaften führen, welche u. a. mit elastischen Wellen in Wechselwirkung treten. Bisherige Prüfaufgaben an Beton beschränken sich auf Bereiche, bei denen die elastischen Wellen ein lineares Verhalten aufweisen und sind daher nicht uneingeschränkt anwendbar. Gerade der Zusammenhang von Spannungszustand und Anisotropie zeigt eindeutige nichtlineare Effekte auf die Eigenschaften elastischer Wellen. Diese Eigenschaftsänderungen von elastischen Wellen sollen in dieser Arbeit anhand der Schallgeschwindigkeit erörtert werden. Neben einer Beobachtung und Dokumentation der auftretenden Effekte werden die Ursachen und Wirkmechanismen, die zu einer Schallgeschwindigkeitsänderung unter einer Druckbelastung führen, untersucht.
Concrete poses a challenge to the application of standard NDT techniques. Concrete is a multi-phase heterogeneous material with a nonlinear stress-strain behavior. Loading and the resulting damage (i.e., microcracking) increase the non-linearity and may induce anisotropy in concrete. As a result, many of the common wave propagation-based non-destructive testing (NDT) methods relying on linear elastic theory are no longer applicable. The main objective of this study is to investigate the stress-induced changes in the velocity of elastic waves in concrete under uniaxial compression. The underlying mechanisms of the observed effects have been also investigated here. A preliminary experiment was conducted to study the influence of the type, frequency, polarization, and propagation direction of elastic waves on the stress-induced velocity changes. The velocity of sonic surface waves (Rayleigh waves) demonstrated the highest sensitivity and therefore, much of this work is focused on the stress-induced changes in surface wave propagation characteristics. The test setup allowed measuring the surface wave velocities along various directions with respect to the loading direction and therefore, the direction-dependency of the surface wave velocity measurements was also investigated. Standard ultrasonic testing of various frequencies was also conducted and the results were compared to those from sonic surface wave measurements. Sonic surface wave velocities were found to be highly stress- and damage-dependent. Application of stress results in an initial sharp increase in surface wave velocity. Increasing the stress, the wave velocities continue to increase, however, the rate of increase decreases for stress levels between 50% and 80% of the failure stress, after which the velocities start rapidly to decrease. The sharpest increase was recorded in the direction of the loading, while the velocities decreased the fastest in the perpendicular direction.
Spannungsabhängigkeit elastischer Wellen in Beton
Beton stellt mit seinem nichtlinearen Spannungs- Dehnungs-Verhalten eine Herausforderung für die zerstörungsfreie Prüfung dar. Mit steigender Spannung nehmen die nichtlinearen Eigenschaften noch zu und können - z. B. durch die sich in Abhängigkeit von der Belastungsrichtung bildenden Mikrorisse - zu einer anisotropen Ausbildung von Eigenschaften führen, welche u. a. mit elastischen Wellen in Wechselwirkung treten. Bisherige Prüfaufgaben an Beton beschränken sich auf Bereiche, bei denen die elastischen Wellen ein lineares Verhalten aufweisen und sind daher nicht uneingeschränkt anwendbar. Gerade der Zusammenhang von Spannungszustand und Anisotropie zeigt eindeutige nichtlineare Effekte auf die Eigenschaften elastischer Wellen. Diese Eigenschaftsänderungen von elastischen Wellen sollen in dieser Arbeit anhand der Schallgeschwindigkeit erörtert werden. Neben einer Beobachtung und Dokumentation der auftretenden Effekte werden die Ursachen und Wirkmechanismen, die zu einer Schallgeschwindigkeitsänderung unter einer Druckbelastung führen, untersucht.
Concrete poses a challenge to the application of standard NDT techniques. Concrete is a multi-phase heterogeneous material with a nonlinear stress-strain behavior. Loading and the resulting damage (i.e., microcracking) increase the non-linearity and may induce anisotropy in concrete. As a result, many of the common wave propagation-based non-destructive testing (NDT) methods relying on linear elastic theory are no longer applicable. The main objective of this study is to investigate the stress-induced changes in the velocity of elastic waves in concrete under uniaxial compression. The underlying mechanisms of the observed effects have been also investigated here. A preliminary experiment was conducted to study the influence of the type, frequency, polarization, and propagation direction of elastic waves on the stress-induced velocity changes. The velocity of sonic surface waves (Rayleigh waves) demonstrated the highest sensitivity and therefore, much of this work is focused on the stress-induced changes in surface wave propagation characteristics. The test setup allowed measuring the surface wave velocities along various directions with respect to the loading direction and therefore, the direction-dependency of the surface wave velocity measurements was also investigated. Standard ultrasonic testing of various frequencies was also conducted and the results were compared to those from sonic surface wave measurements. Sonic surface wave velocities were found to be highly stress- and damage-dependent. Application of stress results in an initial sharp increase in surface wave velocity. Increasing the stress, the wave velocities continue to increase, however, the rate of increase decreases for stress levels between 50% and 80% of the failure stress, after which the velocities start rapidly to decrease. The sharpest increase was recorded in the direction of the loading, while the velocities decreased the fastest in the perpendicular direction.
Spannungsabhängigkeit elastischer Wellen in Beton
Stress-induced changes in surface wave propagation of concrete
Zoega, Andreas (author)
BAM-Dissertationsreihe ; 76 ; 1-175
2011
175 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
German
Spannungsabhängigkeit elastischer Wellen in Beton
| TIBKAT | 2011
Spannungsabhängigkeit elastischer Wellen in Beton
| UB Braunschweig | 2011
Spannungsabhängigkeit elastischer Wellen in Beton
| UB Braunschweig | 2011
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