CN103969334A - 大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法，属于混凝土缺陷检测技术领域，其包括如下步骤：1）组装检测装置；2）布置传感器，将传感器布置在被测混凝土构件的一侧；3）测试信号选取，以传感器布置的线性中点为激励点，在激励点处用锤击法对被测混凝土构件施加应力波信号作为测试信号；4）信号采集与分析，通过传感器放大器放大反射波信号，经数据采集仪采集该信号并传输给数据采集计算机；5）确定缺陷的位置；本发明的大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法，克服了现有技术中工作量大、易产生遗漏的缺陷，能快速确定被检混凝土结构是否存在缺陷及缺陷的位置。采用高速并行采样技术，消除了每个通道信号的时差问题，提高结构缺陷的定位精度，适宜在检测中推广应用，具有很好的实用性。

Description

大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法

技术领域

本发明属于混凝土缺陷检测技术领域，具体涉及一种大尺寸混凝土构件缺陷

应力波快速检测方法。

背景技术

在交通及土木工程中，大尺寸混凝土构件得到了广泛的应用，尤其是在道桥建设项目中，传统的制造方式是就地预制或在异地预制完成后安装到所要施工的部位。然而这些混凝土构件的尺寸非常大，有的整体长度甚至超过40m，双向6车道的混凝土构件的宽度达到20m以上，浇注工艺复杂，任何一个环节出现问题，就会导致混凝土构件的质量出现问题，在国内这种大尺寸混凝土构件出现质量问题的事例屡见不鲜。

传统的混凝土构件的质量检测主要采用回弹法、超声-回弹综合法、取芯法和弹力波法；在混凝土构件质量检测中，这些方法往往会被综合利用。根据规范要求，前三种方法的测点布置会有一定的间距，而在两个测点之间的任何缺陷都无法测定，存在漏测的问题。弹力波法是通过机械方式给被检测混凝土结构注入弹力波，弹力波在介质中传播遇到不同强度介质时会产生反射，根据这一特性，测得弹力波入射与反射的时间间隔，进而计算出弹力波在介质中的振荡频率，将该频率与弹力在无缺陷混凝土中振荡频率比较，确定结构是否存在缺陷。这些检测方法的一个共同特点就是无法迅速准确判断被检测结构的缺陷位置，必须对整个结构进行全检才能断定，即使这样在上面的前三种方法中也存在遗漏的问题，如结构细小的横向裂缝缺陷就不容易被发现。上述这些无重点的检测方法对于尺寸很大的结构来说，其工作量非常大。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法，使其不仅能检测其是否存在缺陷而且能确定缺陷所在位置，有效避免缺陷被漏检的问题，大大缩小检测范围，为进一步判断缺陷的类型奠定基础，提高了检测效率，完善了检测结果。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法，包括如下步骤：

1）组装检测装置

检测装置包括传感器、数据采集计算机、数据采集仪和传感器放大器，所述的传感器与传感器放大器相连，传感器放大器与数据采集仪相连，数据采集仪与数据采集计算机相连；

2）布置传感器

将将传感器布置在被测混凝土构件的一侧；

3）测试信号选取

以传感器布置的线性中点为激励点，在激励点处用锤击法对被测混凝土构件施加激励方向垂直于传感器安装面的应力波信号作为测试信号；

4）信号采集与分析

通过传感器放大器放大反射波信号，经数据采集仪采集该信号并传输给数据采集计算机；

根据应力波首波信号点与底返信号点之间时差t1及应力波传输的距离推算出被测构件的平均波速及近似抗压强度，据此判断被测构件抗压强度是否满足设计要求；

根据应力波首波信号点与第一曲线异常跳变点之间的时差t2及被测构件的平均波速推算出缺陷点与摄取该信号传感器安装面之间的直线距离；

根据第一曲线异常跳变点与第二曲线异常跳变点之间的时差t3推算出被测构件缺陷区域沿应力波传输方向的长度；

5）确定缺陷分布区域

将各传感器的位置及其采样信号缺陷点的位置作为坐标绘于坐标系内，这样就形成缺陷位置的二维分布图，将这些缺陷点拟合后就形成缺陷分布曲线，横坐标为应力波传播的距离，纵坐标为传感器的布置位置，通过曲线上任意点的坐标就能确定缺陷在被测构件上所处的横向与纵向位置。

所述的数据采集仪为多通道并行的高速数据采集系统，其采样频率每通道大于3MHz。

所述的传感器沿线性方向等间距的布置在被测混凝土构件的一侧。

通过传感器放大器放大反射波信号，然后经数据采集仪采集该信号并传输给数据采集计算机，当应力波底返信号点D与首波信号点A之间出现异常跳变时，说明该处材料的波阻抗出现异常，被测构件该处的强度或截面几何尺寸发生变化，根据跳变信号的相位及变化情况可判断缺陷的大致类型，同时，应力波在混凝土构件中传输的时间t1被测出来，被测构件的长度已知，因而波在被测构件中传播的速度就可确定，由首波信号点A与第一曲线异常跳变点B之间的传播时差t2可计算出被测构件缺陷位置与该反射波摄取传感器安装面之间的距离。另外根据波速与混凝土强度之间的对应关系（其它方法测试得出），可推算出该被测构件的平均强度，将此值与设计指标进行比较，判断结构整体平均抗压强度是否满足设计要求。将各传感器摄取的信号中首波信号点A的位置进行标记，并与传感器的安装位置一一对应，展开后就形成混凝土缺陷的二维分布图，其横坐标为应力波传播的距离，纵坐标为传感器的布置位置。

有益效果：与现有技术相比，本发明的大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法，克服了现有技术中工作量大、易产生遗漏的缺陷，能快速确定被检混凝土结构是否存在缺陷及缺陷位置。采用高速并行采样技术，消除了每个通道信号之间时差问题，提高结构缺陷的定位精度，适宜在检测中推广应用，具有很好的实用性。

附图说明

图1是被检混凝土构件传感器布置示意图；

图2是多通道高数据采集系统示意图；

图3是被检混凝土构件有缺陷时模拟的反射波曲线图；

图4是拟合后混凝土缺陷分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1~2所示，大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测装置，包括传感器4、数据采集计算机5、数据采集仪6和传感器放大器7，传感器4均与传感器放大器7相连，传感器放大器7与数据采集仪6相连，数据采集仪6与数据采集计算机5相连。

使用上述装置进行大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法，包括如下步骤：

1）组装检测装置

检测装置包括传感器4、数据采集计算机5、数据采集仪6和传感器放大器7，所述的传感器4与传感器放大器7相连，传感器放大器7与数据采集仪6相连，数据采集仪6与数据采集计算机5相连；数据采集仪6为多通道并行的高速数据采集系统，其采样频率每通道大于3MHz；

2）布置传感器

将将传感器4沿线性方向等间距的布置在被测混凝土构件1的一侧；

3）测试信号选取

以传感器布置的线性中点为激励点8，在激励点8处用锤击法对被测混凝土构件1施加激励方向3的应力波信号2作为测试信号；

4）信号采集与分析

通过传感器放大器7放大反射波信号，经数据采集仪6采集该信号并传输给数据采集计算机5；

根据应力波首波信号点A与底返信号点D之间时差t1及应力波传输的距离推算出被测构件的平均波速及近似抗压强度，据此判断被测构件抗压强度是否满足设计要求；

根据应力波首波信号点A与第一曲线异常跳变点B之间的时差t2及被测构件的平均波速推算出缺陷点与摄取该信号传感器安装面之间的直线距离；

根据曲线异常跳变点B与第二曲线异常跳变点C之间的时差t3推算出被测构件缺陷区域沿应力波传输方向的长度；

5）确定缺陷的分布区域

将各传感器的位置及其采样信号缺陷点的位置作为坐标绘于坐标系内，这样就形成缺陷位置的二维分布图，将这些缺陷点拟合后就形成缺陷分布曲线9，横坐标为应力波传播的距离，纵坐标为传感器的布置位置，通过曲线上任意点的坐标就能确定缺陷在被测构件上所处的横向与纵向位置。

采集系统采用并行采样技术，各传感器4摄取的信号是同步的，这就消除了每个信号之间的时差问题，给混凝土缺陷的精确定位提供了依据；为了提高结构缺陷的定位精度，尽可能多地布置测点，传感器4采用按一定规律的布置方式，这样有利于计算机对采集信号的分析。若被检测结构的尺寸较大，无法一次完成测试工作时，可采用分批测试的方式。

如图3所示是被检混凝土构件有缺陷时模拟的反射波曲线图。在激励点8的位置用力锤垂直敲击混凝土侧面，力的施加方向3，这时就会在被测构件中产生一个沿长度方向传播的应力波，当应力波到达另一个侧面时被反射（称为底返）回来。对于一个均匀介质来说，波是沿直线方向传播的，除首波信号和底返信号外，反射波信号的其它部分平坦光滑。当被测混凝土构件1因某种原因造成缺陷（如离析、夹杂其它低强度材料、蜂窝、空洞、裂缝及截面几何尺寸发生变化等）时，波阻抗就会发生变化，波在此处就会出现反射或绕射现象，这种现象反映在采集回来的波形上就是波形幅值及相位发生跳变。当反射波底返信号与首波信号之间出现异常跳变时，根据跳变信号的相位及变化情况可判断缺陷的大致类型。根据应力波首波信号点A和底返信号的点D，反射波在混凝土构件1中传输时间t1被测出来，被测构件的长度已知，因而波在被测件中传播速度就可确定，同样由应力波首波信号点A与第一曲线异常跳变点B之间的传播时差t2可计算出被测构件缺陷位置与反射波摄取传感器安装面之间的距离。另外根据第一曲线异常跳变点B与第二曲线异常跳变点C之间的时差t3推算出被测构件缺陷区域沿应力波传输方向的长度。根据波速与混凝土强度之间的对应关系（用其它方法测试得出），可推算出该被测构件的平均强度。将此值与设计指标进行比较，判断结构整体平均抗压强度是否满足设计要求。将各传感器4摄取信号中异常跳变点B的位置在平面坐标系中进行标记，就形成缺陷分布曲线9，其横坐标为应力波传播的距离，纵坐标为传感器4的布置位置。

如图4所示是拟合后混凝土缺陷分布图。假设该图的横坐标为应力波传播的距离，纵坐标为传感器从第一测点（第一通道假定为Y轴0点）到整个结构最后测点的距离。将各传感器的布置位置按线性展开方式展开就形成了二维平面图。如果被测结构存在缺陷，那么某个通道所采集的反射波信号中，在底返信号与首波信号之间就存在跳变现象，定位这些跳变点的坐标，并将这些不连续的点进行拟合，就在二维平面图（坐标系）中得到缺陷分布曲线9。反过来，对于缺陷分布曲线9中任一缺陷点所对应的坐标（x1，y1）就能确定缺陷点离应力波激励面的垂直距离及缺陷点所处截面处的横向距离。

Claims (3)

1.大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）组装检测装置

检测装置包括传感器（4）、数据采集计算机（5）、数据采集仪（6）和传感器放大器（7），所述的传感器（4）与传感器放大器（7）相连，传感器放大器（7）与数据采集仪（6）相连，数据采集仪（6）与数据采集计算机（5）相连；

2）布置传感器

将传感器（4）布置在被测混凝土构件（1）的一侧；

3）测试信号选取

以传感器布置的线性中点为激励点（8），在激励点（8）处用锤击法对被测混凝土构件（1）施加激励方向（3）的应力波信号（2）作为测试信号；

4）信号采集与分析

通过传感器放大器（7）放大反射波信号，经数据采集仪（6）采集该信号并传输给数据采集计算机（5）；

根据应力波首波信号点（A）与底返信号点（D）之间时差t1及应力波传输的距离推算出被测构件的平均波速及近似抗压强度，据此判断被测构件抗压强度是否满足设计要求；

根据应力波首波信号点（A）与第一曲线异常跳变点（B）之间的时差t2及被测构件的平均波速推算出缺陷点与摄取该信号传感器安装面之间的直线距离；

根据曲线异常跳变点（B）与第二曲线异常跳变点（C）之间的时差t3推算出被测构件缺陷区域沿应力波传输方向的长度；

5）确定缺陷分布区域

将各传感器的位置及其采样信号缺陷点的位置作为坐标绘于坐标系内，这样就形成缺陷位置的二维分布图，将这些缺陷点拟合后就形成缺陷分布曲线（9），横坐标为应力波传播的距离，纵坐标为传感器的布置位置，通过曲线上任意点的坐标就能确定缺陷在被测构件上所处的横向与纵向位置。

2.根据权利要求1所述的大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法，其特征在于：所述的数据采集仪（6）为多通道并行的高速数据采集系统，其采样频率每通道大于3MHz。

3.根据权利要求1所述的大尺寸混凝土构件缺陷应力波快速检测方法，其特征在于：所述的传感器（4）沿线性方向等间距的布置在被测混凝土构件（1）的一侧。