臺灣博碩士論文加值系統

研究中主要以混凝土表面敲擊後激發的板波傳遞特性，來檢測混凝土板結構表面劣化深度及板後掏空的問題。本研究將針對混凝土板狀結構，以一個敲擊源及一個接收器長距離配置的方式檢測，以短時傅力葉轉換以及再分配頻譜求取雷姆波群波波到時間的時頻譜頻散曲線。
利用有限元素模擬可感敲擊並擷取固定間距的反應位移波形，取得數值解之頻率-相位波速頻散曲線圖，再與DISPERSE程式得到之理論解做比較分析。研究中模擬單一混凝土板、兩種雙層複合板(混凝土板+土壤、劣化混凝土層+普通混凝土層) ，做分析比較。數值模擬結果顯示，混凝土板敲擊接觸時間以60μs為最佳選擇，最短可選擇之敲擊接收距離為板厚的10倍。雙層複合板(混凝土板+土壤)數值模擬影像顯示，波長改變處為混凝土板厚。雙層複合板(劣化混凝土層+普通混凝土層)數值模擬影像顯示，在波速上升的轉折點，所對應的波長幾近於上層混凝土板厚度的兩倍。
試體選擇單層混凝土板施做，試驗結果顯示，各儀器設置下在敲擊能量頻率範圍內A0模態波慢與混凝土板實驗結果重合。

This research aims to develop a method to detect depth of surface deterioration and void in substrate of a concrete slab using Lamb waves generated from the objective surface. This method features configuration of one excitation source and one receiver and application of Short Time Fourier Transform (STFT) with its energy density spectrum reassigned in order to obtain dispersion curves of Lamb waves. At first the best contact (impact) duration(of 60μs) and the shortest available propagation distance between a source and receiver were found by comparing the numerical frequency-wave speed relationship calculated from the displacement response, with the theoretical relationship by execution of DISPERSE program. The simulated models include single concrete slabs, double composite panels (concrete slab plus + soil), and two layer composite plate (deteriorated concrete later plus + ordinary concrete slab). This comparison also demonstrates critical consequences including the facts that the change of wave-speed of A0 mode at the wavelengths equal to the thickness of the slab in the case of a plate with soil substrate, and the wavelength corresponding to the point where the group velocity rises is approximately twice as the depth of the upper layer of the slab in the two layer composite board. A sample specimen of single concrete slab is chosen for experiments, and consequently the result shows in a specific range of frequency generated by corresponding excitation instrument, the slowness-frequency relationship translated from the mode A0 in dispersion curves obtained from experiments agrees with the theoretical one.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機及目的 1
1.3 研究流程 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 基本波傳原理 3
2.2 表面波譜法 4
2.3 板波檢測法 6
2.3.1 板波波傳原理 6
2.3.2 國內相關文獻 8
第三章 以單一敲擊源及單一接收器求取板波模態之群波時頻譜圖之分析原理 12
3.1 短時傅立葉轉換 12
3.2 再分配時頻譜【23】 14
3.3 Disperse介紹與應用 15
第四章 純混凝土板與雙層複合板數值模擬 16
4.1 概述 16
4.2 有限元素模擬 16
4.3單層混凝土板模型 17
4.3.1單層混凝土板不同敲擊接觸時間之結果 18
4.3.2混凝土板不同敲擊距離與理論解之比較 19
4.3.3小結 20
4.4混凝土及下方有土壤之模型 20
4.4.1 複合板(土壤為黏土)與混凝土板理論解之比較 20
4.4.2複合板(土壤為粉土)與混凝土板理論解之比較 21
4.4.3小結 21
4.5混凝土雙層板模型 22
4.5.1雙層混凝土板模型(總厚度15cm) 22
4.5.2雙層混凝土板模型(總厚度25cm) 23
4.5.3小結 24
第五章 單層混凝土板實驗規畫及結果 25
5.1 試驗規畫 25
5.2 試驗儀器設備 25
5.3 試驗方法 27
5.4 試驗結果 27
5.4.1波速量測 27
5.4.2板波檢測試驗結果 29
5.6 小結 30
第六章 結論與建議 31
6.1 結論 31
6.2 建議 32
參考文獻 33

表目錄
表4-2 材料性質 47

 

圖目錄
圖1-1 研究流程圖 37
圖2-1應力波動行為示意圖 38
圖2-2 表面波譜法表面波譜法之典型試驗配置圖【8】 38
圖2-3 表面波譜法流程 39
圖2-4典型之頻散曲線圖 40
圖2-5-a 頻率-波數圖【11】 40
圖2-5-b 頻率-相速圖【11】 41
圖2-6-a等向(isotropic)板的理論相位波速頻散曲線(a)頻率-相速圖【15】 41
圖2-6-b對稱與反對稱模態圖【15】 42
圖2-7 自由板上板波頻散曲線圖【16】 42
圖2-8純鋼板32個接收器間距18 mm之頻散曲線圖【17】 43
圖2-9為敲擊與接收器間距40.05cm之頻散曲線圖【18】 44
圖2-10為敲擊與接收器間距44.05cm之頻散曲線圖【18】 44
圖2-11為敲擊與接收器間距50.05cm之頻散曲線圖【18】 45
圖3-1 以單一訊號短時傅力葉轉換所得之版波頻散譜【21】 45
圖3-2 以再分配頻譜獲得之原始譜圖【21】 46
圖3-3混凝土板厚度15mm之理論解模態 46
圖4-1 分析元素(plane 162) 47
圖4-2可感敲擊力量之模擬(2μs) 47
圖4-3 數值模擬混凝土板之頻散曲線與混凝土板理論解比較圖 48
圖4-4數值模擬混凝土板之頻散曲線與混凝土板理論解比較圖 48
圖4-5數值模擬混凝土板之頻散曲線與混凝土板理論解比較圖 49
圖4-6數值模擬混凝土板之頻散曲線與混凝土板理論解比較圖數值模(敲擊接觸時間120μs敲接間距3m) 50
圖4-7數值模擬混凝土板之頻散曲線與混凝土板理論解比較圖數值(敲擊接觸時間60μs敲接間距2.5m) 50
圖4-8數值模擬混凝土板之頻散曲線與混凝土板理論解比較圖 51
圖4-9數值模擬混凝土板之頻散曲線與混凝土板理論解比較圖 51
圖4-10數值模擬混凝土板之頻散曲線與混凝土板理論解比較圖 52
(敲擊接觸時間60μs敲接間距1m) 52
圖4-11 兩層複合板實體模型示意圖 52
圖4-12 數值模擬複合板之頻散曲線與單層混凝土比較圖 53
圖4-13數值模擬複合板之頻散曲線與單層混凝土比較圖 53
圖4-14數值模擬複合板之頻散曲線與單層混凝土比較圖 54
圖4-16數值模擬複合板之頻散曲線與理論解比較圖(上10cm下5cm) 55
圖4-17數值模擬複合板波長-波速(上5cm下10cm) 56
圖4-18數值模擬複合板波長-波速(上10cm下5cm) 56
圖4-19數值模擬複合板之頻散曲線與理論解比較圖(上5cm下20m) 57
圖4-20數值模擬複合板之頻散曲線與理論解比較圖(上10下15m) 57
圖4-21數值模擬複合板波長-波速(上5cm下2cm) 58
圖4-22數值模擬複合板波長-波速(上10cm下15cm) 58
圖5-1 實驗施做照片(衝擊槌) 59
圖5-2 實驗施做照片(可感) 59
圖5-3 試驗儀器設備 60
圖5-4理工學院樓梯間之混凝土牆波速 60
圖5-5衝擊錘敲擊接觸時間 61
圖5-6可感敲擊接觸時間 61
圖5-7衝擊槌敲擊接收間距所得位移圖 62
圖5-8可感敲擊接收間距所得位移圖 62
圖5-9 單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(衝擊槌) 63
圖5-10 單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(鋼珠型可感) 63

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