CN102156168A - 一种桥梁预应力孔道注浆缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测预应力混凝土桥梁预应力孔道注浆质量的方法，用两个检波器分别布置在预应力孔道两端，在预应力孔道的一端激发产生震动波，两端检波器分别记录下预应力孔道中的散射波和透射波。对透射波进行模态识别。对散射波进行时频分析，并用透射波的模态进行偏移成像，通过偏移图像进行缺陷识别。本发明基于声波散射技术，在充分了解梁体内部弹性波振动特点的基础上，采取时频分析这种非稳态信号分析技术，结合偏移成像技术，能够可靠地确定注浆缺陷的性质、规模和位置。

Description

一种桥梁预应力孔道注浆缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及混凝土桥梁施工质量检测领域，主要针对后张法预应力桥梁中预应力孔道注浆质量的检测。

背景技术

在铁路、公路建设中，越来越多采用预应力混凝土桥梁。预应力混凝土桥梁通过预先对受拉区施加压力，来减小或抵消荷载所引起的拉应力，从而推迟混凝土裂缝的出现和开展，大大提高了桥梁的抗裂性能和刚度。目前大多数预应力桥梁采用后张法施工，即先浇筑混凝土，待达到设计强度的75%以上后再张拉预应力钢筋以形成预应力。在浇筑构件时会用金属或塑料波纹管在混凝土中形成1个管道，预应力钢筋从中穿过。待预应力钢筋张拉后再用混凝土将该管道注满。这个管道就是预应力孔道，又称波纹管。

孔道的注浆质量存在的问题比较普遍，主要是脱空和充水。瑞士大学的R.H.EVANS教授最早观察到预应力管道内水泥浆泌水而形成的自由水的问题，英国在桥梁检测中也发现注浆管道内封存空气和充水的问题（白杨，《灌浆与张拉力对预应力硷梁的性能影响分析》，大连海事大学，硕士论文）。在近年来的桥梁检测中发现孔道注浆的脱空长度约占检测长度的10-20%，有些病害桥梁脱空区的长度甚至占到30%，而且常见管道充水现象。注浆不饱满会造成预应力钢绞线的腐蚀锈断，预应力损失和应力集中，严重影响结构耐久性，甚至引起结构失效或垮塌。管道中充水会加速钢绞线的锈蚀，在北方寒冷地区还会诱发冻胀病害，损害保护层，加速钢筋和钢绞线锈蚀。

我国最早开始对孔道注浆质量进行检测是在2007年，由赵永贵采用雷达方法在重庆和云南高速公路建设中进行过成功应用（徐敬淼，艾建强，青岛海湾大桥60m预应力混凝土箱梁整体预制施工质量控制要点[J]，公路，2009，No.9 136-141）。然而，雷达仅限于塑料波纹管，对于金属波纹管由于电磁波无法穿透，雷达方法无效。邹春江等以及王志峰等人曾用冲击回波法做过孔道注浆质量检测实验（邹春江，陈征宙，董平，曹东方，吴咏敬.冲击回波主频对箱梁预应力孔道注浆饱满度的响应及应用[J]，公路交通科技，2010，27(1)：73-77；王智丰，周先雁，晏班夫，肖云风，冲击回波法检测预应力束孔管道压浆质量[J]，振动与冲击，2009，VoL.28，No.1，166-169）。冲击回波法（IE: Impact-Echo Method）最早是由美国康奈尔大学曾提出的混凝土质量检测方法（Mary J.Sansalone，William B.Streett，The Impact-Echo Method[ J ]. NDTnet， 1998，3:(2) February），其原理是利用混凝土构件上下界面间冲击回波的多次反射形成共振，通过测量共振频率和介质波速推测界面间距离。按照冲击回波法理论，孔道内如果有空洞，空洞与上界面间会产生一个频率较高的共振回波，要比梁板上下界面对应的共振频率高。然而实验表明，管道空洞对应的冲击回波的共振频率不但不高，反而降低，而且出现了多个频率峰值的现象，这与IE法依靠共振频率高低推定界面深度的原理发生了矛盾。因而用IE方法检测波纹管注浆质量的努力遇到了困惑。此外，其他检测方法例如超声层析成像法、红外线热成像法等由于观测条件和分辨率等原因，对孔道内部注浆质量的检测也无能为力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种桥梁预应力孔道注浆缺陷检测方法以克服上述IE法、超声层析成像法、红外线热成像法等无法有效检测孔道注浆质量的问题。

本发明为解决上述技术问题，提供的桥梁预应力孔道注浆缺陷检测方法包括以下步骤：

步骤1：在预应力孔道的任意一端激发弹性波，同时测量所述预应力孔道两端的散射波和透射波；

步骤2：对所述透射波进行时频分析计算得到所述透射波的时间频率谱，根据谱能量大小识别出所述透射波中所有不同模态的震相的时间频率分布；

步骤3：对所述散射波进行时频分析得到所述散射波的时间频率谱，并根据所述透射波中的模态对所述散射波进行偏移叠加得到偏移叠加后的图谱，根据偏移叠加后的图谱能量大小识别所述预应力孔道中的缺陷。

本发明的有益效果在于：采用声波散射技术，在充分了解梁体内部弹性波震动特点的基础上，采取时频分析这种非稳态信号分析技术，对在梁板与预应力孔道中传播的复杂振动进行模式分解，识别出纵波、横波以及各种模态的Lame波，以及这些不同模态Lame波的幅值、相位等信息。同时结合偏移成像技术，能够可靠地确定注浆缺陷的位置。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，步骤1中，将2个检波器分别布置在所述预应力孔道两端的锚头上，在预应力孔道的一端激发产生弹性波。

进一步，步骤1中，位于预应力孔道的激发弹性波一端的检波器，用于记录所述孔道内的散射波；位于另一端的检波器，用于记录所述预应力孔道内的透射波。

附图说明

图1是本发明桥梁预应力孔道注浆质量检测方法的流程图；

图2是本发明桥梁预应力孔道注浆质量检测方法的现场采集示意图；

图3是本发明桥梁预应力孔道注浆质量检测方法的资料分析流程图；

图4为本发明方法验证实验中时频计算结果。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、主机，2、第一检波器，3、第二检波器，4、激发震源，5、预应力孔道，6第一数据线，7、第二数据线，8、触发线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明的桥梁预应力孔道注浆质量检测方法的具体步骤包括：

步骤1：在预应力孔道的任意一端激发弹性波，同时测量所述预应力孔道两端的散射波和透射波；

步骤2：对所述透射波进行时频分析计算得到所述透射波的时间频率谱，根据时间频率谱能量大小识别出所述透射波中所有不同模态震相的时间频率分布；

步骤3：对所述散射波进行时频分析得到所述散射波的时间频率谱，并根据所述透射波中的模态对所述散射波进行偏移叠加得到偏移叠加后的图谱，根据偏移叠加后的图谱能量大小识别所述预应力孔道中的缺陷。

其中，在步骤1中，将2个检波器分别布置在所述预应力孔道两端的锚头上，在预应力孔道的一端激发产生弹性波；位于预应力孔道的激发弹性波一端的检波器，用于记录所述预应力孔道内的散射波；位于另一端的检波器，用于记录所述预应力孔道内的透射波。

本发明的方法在具体实施中主要包括现场采集与资料处理两个部分。

图2是本发明的孔道注浆质量检测方法的现场采集示意图。本发明方法检测时需要的硬件设备包括主机1，第一检波器2、第二检波器3和激发震源4，其中，第一检波器2和第二检波器3分别安装于预应力孔道5的两端，第一检波器2通过第一数据线6与主机1相连，第二检波器3通过第二数据线7与主机1相连，激发震源4设置于预应力孔道5位于第二检波器3的一端，并通过触发线8与主机1相连。现场采集的主要步骤包括：

（1）将第一检波器2和第二检波器3分别粘接在预应力孔道5两端的锚头上；

（2）在其中一个锚头上利用激发震源4进行激发产生振动波（如图2中，将激发震源4设置在预应力孔道5位于第二检波器3一端并进行激发产生震动波），激发方式可以采用普通铁锤锤击，也可采用专用锤击震源。

（3）如图2所示，利用第二检波器3记录预应力孔道5内产生的散射波，利用第一检波器2记录孔道5内产生的透射波。

图3是本发明的资料分析流程。其主要步骤包括：

（1）对透射波进行时频分析计算得到透射波的时间频率谱后，根据谱能量大小识别出不同模态的时间和频率分布；

（2）对散射波进行时频分析计算得到散射波的时间频率谱；

（3）根据透射波的模态的时间频率分布对散射波的时间频率分布进行偏移成像，即将散射波的时间频率分布分别和透射波不同模态的时间频率分布叠加后，得到新的时间频率分布谱图；

（4）根据偏移图像中谱能量的大小进行缺陷识别，即能量较大者判定为缺陷。

实验验证

试验中首先预制了一个带预应力孔道的梁板模型，然后进行检测，最后将预应力孔道打开验证。经验证，检测结果与实际结果符合度达90%以上。具体过程如下。

1、预制模型长度11米，其中预设1个预应力孔道，内置钢筋。

2、检测过程：在预应力孔道两端布置检波器，其中一端接收散射波，另一端接收透射波，在接收散射波端用锤击激发；检测时在同样耦合条件下，敲击3次以上，以保证检测结果可重复性。

3、检测后经资料处理得到如图4所示结果，并识别出缺陷如下：

缺陷识别结果说明：

时频计算结果显示的缺陷为7个，但其中5个较弱，2个较强且连续成片，因此在缺陷分布图中显示为2个缺陷。时频图中左侧0.5米内属于锤击影响带，其中的能量信号不宜判定为缺陷。

4、破损验证

为验证检测结果正确性，在检测完毕后将模型破开验证。经现场人员观测，得到以下实际缺陷结果：

5、检测结果与实测结果对比分析

验证结果中的缺陷位置和长度与检测结果略有不同，排除模型缺陷制作方法的影响后，检测结果和实际是非常一致的。

上述实验说明，采用本发明桥梁预应力孔道注浆质量检测方法，能够可靠地确定注浆缺陷的位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种桥梁预应力孔道注浆质量检测方法，步骤包括：

步骤1：在预应力孔道的任意一端激发弹性波，同时测量所述预应力孔道两端的散射波和透射波；

步骤2：对所述透射波进行时频分析计算得到所述透射波的时间频率谱，根据时间频率谱能量大小识别出所述透射波中所有不同模态震相的时间频率分布；

步骤3：对所述散射波进行时频分析得到所述散射波的时间频率谱，并根据所述透射波中的模态对所述散射波进行偏移叠加得到偏移叠加后的图谱，根据偏移叠加后的图谱能量大小识别所述预应力孔道中的缺陷。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：

步骤1中，将2个检波器分别布置在所述预应力孔道两端的锚头上，在预应力孔道的一端激发产生弹性波。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：

步骤1中，位于预应力孔道的激发弹性波一端的检波器，用于记录所述预应力孔道内的散射波；位于另一端的检波器，用于记录所述预应力孔道内的透射波。

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