CN101071124A - 一种用超声波检测混凝土结构斜裂缝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用超声波检测混凝土结构斜裂缝的方法，首先利用超声波检测仪对混凝土结构的完好区域进行不跨缝的声时测量，并计算出超声波的声速值v、发射探头和接收探头内边缘间距与超声波实际传播距离之间的差值a；再跨缝测量。通过逐步移动接收探头的方式确定最小声时值t，并记录下此时发射探头与接收探头的内边缘间距l，根据公式l’＝l+|a|计算出此时的超声波的实际传播距离l’；利用公式

计算出裂缝的深度h_c。本发明的方法操作简便，并且误差较小。

Description

一种用超声波检测混凝土结构斜裂缝的方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域一种检测混凝土结构裂缝的方法，更具体地说是涉及一种在单个面上使用非金属超声波检测仪来判断混凝土结构斜裂缝深度的方法。

背景技术

目前判别裂缝与混凝土结构表面的关系(倾斜或垂直)并确定裂缝深度的方法主要有椭圆法。先用不跨缝的声时测量，求出完好混凝土结构的波速v。如图1所示，在裂缝旁边完好的结构表面上布置测线，每条测线布置7个测点，且发射和接收探头的轴线应始终在同一条线上，其步骤如下：

以两个探头内边缘间距(l_i)等于100、150、200、250、300和350(mm)，分别读取声时值(t_i)，绘制“时-距”坐标图(如图2)或用回归分析的方法求出声时与测距之间的回归直线方程：

l_i＝α+bt_i

各测点超声波实际传播距离l_i′为：

l_i′＝l_i+|a|

式中：l_i′——第i点的超声波实际传播距离，单位mm；

l_i——第i点的发射和接收探头内边缘间距，单位mm；

a——“时-距”图中1’轴的截距或回归直线方程的常数项，单位mm；测区的超声波声速值为：

v＝(l_n′-l₁′)/(t_n-t₁)(km/s)

或    v＝b(km/s)

式中：l_n′、l₁′——第n点和第1点的测距，单位mm；

t_n、t₁——第n点和第1点读取的声时值，单位us；

b——回归系数。

按照上述的测量规程，不但可以确定超声波的声速值v，同时还可以确定发射探头和接收探头内边缘间距与超声波实际传播距离之间的差值a。

然后在裂缝两侧布置声波发射和接收探头如图3，声波由发射点T到接收点R是在张开裂缝的闭合点C而绕射的，T与R的内边缘距离是L，所以由完整混凝土结构波速v_c及时间可以算得绕射的路程长度。由几何学可知，与某两定点的间距之和为常数的轨迹是椭圆，而T和R为椭圆焦点，做出一个椭圆。将发射点和接收点都同方向移动同一距离，保持T’和R’的内边缘距离仍然为L，同上方法，再次画出一个椭圆，两个椭圆交点即为裂缝闭合点C，从图中得出裂缝深度h_c。为了检验其准确性，可以继续改变发射点和接收点的位置，做出其它椭圆来进行对比，但当裂缝中有填充物，声波可以通过填充物穿过裂缝时，测试结果就不可靠。

这种方法主要存在两个问题，第一是该方法步骤较为繁琐，需在坐标纸上做椭圆，工作量较大；第二是当超声波发射探头和接收探头的内边缘距离相对于裂缝深度来说过大或过小，测试深度相对于裂缝实际深度误差较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用超声波检测混凝土结构斜裂缝的方法，使用这种方法操作简便，裂缝深度测试误差小。

为了解决上述技术问题，本发明的一种用超声波检测混凝土结构斜裂缝的方法，包括以下步骤：

一、首先利用超声波检测仪对混凝土结构的完好区域进行不跨缝的声时测量，并计算出超声波的声速值v、发射探头和接收探头内边缘间距与超声波实际传播距离之间的差值a；

二、然后将超声波检测仪的发射探头固定在裂缝的一侧，并使接收探头在裂缝的另一侧逐渐远离裂缝移动，同时观察声时的变化趋势；

三、如果声时一直变大，则将发射探头和接收探头互换位置，并重复步骤二；

四、直到发现接收探头在移动的过程中，声时先逐渐变小，达到-最小值，然后就一直变大，记录下该最小值t，并记录下此时发射探头与接收探头的内边缘间距l；

五、根据公式l′＝l+a|计算出此时的超声波的实际传播距离l′

六、利用公式 $h_c=\frac{v^2{t}^2-l^{\′2}}{2\mathrm{vt}}$ 计算出裂缝的深度h_c。

在上述的检测方法中，所用的超声波检测仪最好为非金属超声波检测仪。

本发明操作简便，无须在坐标纸上画椭圆，将最小声时值直接代入公式即可计算出斜裂缝的深度，并且误差较小。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是利用超声波检测仪对混凝土结构的完好区域进行不跨缝的声时测量的探头布置示意图。

图2是利用超声波检测仪对混凝土结构的完好区域进行不跨缝的声时测量时绘制的一种“时-距”坐标图。

图3是现有的椭圆法的原理示意图。

图4是本发明检测方法的原理示意图。

具体实施方式

如图4所示，图中T为发射探头，R1、R2、R3、R4为接收探头在不同的位置，A为声波发射点，B_i为声波接收点，C为裂缝顶点。只有BC⊥AB时，声波走的路程才是最短的，即声时最小，此时的声时值为t，此时关系式AB²+BC²＝AC²成立，从而可以计算出BC(也就是裂缝的深度)。显然这种方法对计算垂直裂缝的深度是不适用的，为判断裂缝是垂直裂缝还是斜裂缝，可将发射探头T固定在裂缝的一侧，然后让接收探头在裂缝的另一侧远离裂缝移动，在接收探头移动的过程中，如果声时先逐渐变小，达到一最小点，然后一直增加，即可判断裂缝为斜裂缝；如果声时一直变大，可将发射探头与接收探头的位置对换，并使接收探头远离裂缝移动，如果声时先逐渐变小，达到一最小点，然后一直增加，即可判断裂缝为斜裂缝；如果声时在移动过程中仍然一直增加，则可判断裂缝为垂直裂缝。

依据上述原理，如果是斜裂缝，可以按下述步骤计算出它的深度h_c：首先利用非金属超声波检测仪对混凝土结构的完好区域进行不跨缝的声时测量，并计算出超声波的声速值v、发射探头和接收探头内边缘间距与超声波实际传播距离之间的差值a；然后将超声波检测仪的发射探头固定在裂缝的一侧，并使接收探头在裂缝的另一侧逐渐远离裂缝移动，同时观察声时的变化趋势；如果声时一直变大，则将发射探头和接收探头互换位置，并将超声波检测仪的发射探头固定在裂缝的一侧，使接收探头在裂缝的另一侧逐渐远离裂缝移动，同时观察声时的变化趋势；直到发现接收探头在移动的过程中，声时先逐渐变小，达到一最小值，然后就一直变大，记录该最小值t，并记录此时发射探头与接收探头的内边缘间距l；根据公式l′＝l+|a|计算出此时的超声波的实际传播距离l′；由于 $l^{\′2}+h_c^2={(\mathrm{vt}-h_c)}^2,$ 变换出公式 $h_c=\frac{v^2{t}^2-l^{\′2}}{2\mathrm{vt}},$ 从而可以计算出混凝土结构斜裂缝的深度h_c。

Claims (2)

1.一种用超声波检测混凝土结构斜裂缝的方法，包括以下步骤：

一、首先利用超声波检测仪对混凝土结构的完好区域进行不跨缝的声时测量，并计算出超声波的声速值v、发射探头和接收探头内边缘间距与超声波实际传播距离之间的差值a；

其特征是：

二、然后将超声波检测仪的发射探头固定在裂缝的一侧，并使接收探头在裂缝的另一侧逐渐远离裂缝移动，同时观察声时的变化趋势；

三、如果声时一直变大，则将发射探头和接收探头互换位置，并重复步骤二；

四、直到发现接收探头在移动的过程中，声时先逐渐变小，达到一最小值，然后就一直变大，记录下该最小值t，并记录此时发射探头与接收探头的内边缘间距l；

五、根据公式l’＝l+|a|计算出此时的超声波的实际传播距离l’；

六、利用公式 $h_c=\frac{v^2{t}^2-l^{\′2}}{2\mathrm{vt}}$ 计算出裂缝的深度h_c。

2.根据权利要求1所述的一种用超声波检测混凝土结构斜裂缝的方法，其特征是：所用的超声波检测仪为非金属超声波检测仪。

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