CN107014901A - 一种用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置，包括超声波探头，所述超声波探头与混凝土柱间设置耦合块，所述耦合块一端与超声波探头抵接，另外一端与混凝土柱抵接；所述的抵接方式为面接触。本发明的优点是：采用耦合块，可以紧密贴合钢管外壁，减少空气层的厚度，使声波直接在固体接触中向钢管传递质量更高。能够保证测试人员的安全。测试面积为探头整个底面面积，可以全面的测试加载过程的脱空现象，从脱空出现到扩展的全部过程，而不是一个点是否出现脱空。

Description

一种用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置
技术领域
本发明涉及超声波检测领域，具体是一种用超声波检测装置。
背景技术
钢管混凝土构件受施工工艺的影响，可能出现不易直接观测的脱空缺陷，影响钢管混凝土柱的承载能力。由于超声波具有无损、简便、快捷的特点，用超声波测试钢管与混凝土协同工作，是提高判别缺陷的类型和严重程度的准确性的有效途径。
钢管混凝土柱在制作和带荷工作过程中，混凝土脱空现象不易直接观测。目前，超声波检测仪仅用于方形钢管混凝土柱的脱空检测，由于超声波检测仪的探头为平面，无法与圆钢管耦合，测试仅靠一条线接触，测试误差大；也有新型的声波手持器检测装置，但在荷载作用下检测存在安全隐患，仅适用于静载作用下检测，无法检测加载过程的脱空现象。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种超声波探头与被测工件为面接触的装置，具体技术方案如下：
一种用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置，包括超声波探头，所述超声波探头与混凝土柱间设置耦合块，所述耦合块一端与超声波探头抵接，另外一端与混凝土柱抵接；所述的抵接方式为面接触。
所述耦合块材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
所述的耦合块及超声波探头由固定装置设置在混凝土柱的侧面；所述固定装置包括空心圆柱罩，所述空心圆柱罩内设置超声波探头，空心圆柱罩的一侧设置螺纹，耦合块的一端也设置螺纹并与空心圆柱罩的螺纹配合，耦合块的另外一端型面与混凝土柱的外表面一致并抵接在混凝土柱的外表面上；所述空心圆柱罩的外侧由两个半圆形薄夹通过螺栓、螺母固定；所述半圆形薄夹与夹柄固定成一体；所述夹柄与螺纹钢筋棒固定，所述螺纹钢筋棒为两条，通过螺纹、螺栓夹在混凝土柱的两侧。
所述空心圆柱罩后部设置顶紧螺栓，所述顶紧螺栓与超声波探头的后部抵接。
本发明的优点是：
1.本发明采用耦合块，一端为内凹的双曲面，可以紧密贴合钢管外壁，减少空气层的厚度，使声波直接在固体接触中向钢管传递，且超声波在有机玻璃中传播速度超过3000m/s，相比是在空气中的十倍多，而且传播声波质量更高。
2.本发明在测试过程中无需人手直接接触试件，固定好探头和玻璃耦合块后，即可测出动载作用下圆钢管混凝土试件中混凝土的脱空现象，能够保证测试人员的安全。
3.采用耦合块，测试面积为探头整个底面面积，可以全面的测试加载过程的脱空现象，从脱空出现到扩展的全部过程，而不是一个点或一条线是否出现脱空。
4.本发明所述耦合块采用有机玻璃，具有高透明度，低价格，表面硬度低，易于机械加工制作为与钢管良好接触的内凹双曲面耦合块，具有良好的介电性能，可以传播和反馈超声波信号。
5.本发明所有的连接采用螺栓连接，螺母固定，以及螺纹拧合，材料易得，操作简单，并设置了顶紧螺栓保证连接紧密，保证测试的准确性。
附图说明
图1为用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置正视图；
图2为用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置俯视图；
图3为用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置侧视图；
图4为用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置中所述耦合套件与探头连接剖面图；
图5为耦合块的剖视图；
图6为现有技术的超声波探头与工件接触示意图；
图7为本发明超声波探头与工件接触示意图；
图中，1—钢管混凝土柱；2—带螺纹钢筋棒；3—半圆形薄夹；4—固定螺母；5—固定螺栓；6—顶紧螺栓；7—耦合块；8—空心圆柱罩；9—探头；10—导线；11—超声波发射仪，31-夹柄。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明，如图6、图7所示，设t为超声波通过钢管混凝土的时间，d为钢管的壁厚，vs是超声波通过钢管的声速，钢管混凝土内部空洞和脱空厚度尺寸h，vc是超声波通过混凝土的声速，va是超声波在空气中的声速，D为钢管内混凝土的直径则有t＝2d/vs+(D-h)/vc+h/va (1.1)
可得
该计算公式是在假定探头和钢管壁直接紧密贴合的理想状况下推出的，实际情况中探头与钢管壁之间存在空气夹层，则(1.2)式应修正为：
t’＝t-ta (1.3)
式(1.3)中ta为声波在空气夹层中传播所用的时间,t’为考虑了声波在空气夹层中传播的时间后，通过钢管混凝土的时间，h1为考虑了声波在空气夹层中传播的时间后，钢管混凝土内部空洞和脱空厚度尺寸。
本发明中所采用的耦合块与钢管壁紧密贴合，填充了原空气夹层。此时的h变为：
t”＝t-tb (1.5)
式(1.5)中，tb为声波在耦合块中传播所用的时间，t”为考虑了声波在空气夹层中传播的时间后，通过钢管混凝土的时间，h2为考虑了声波在空气夹层中传播的时间后，钢管混凝土内部空洞和脱空厚度尺寸。
如图7所示，探头横截面宽为l，探头尺寸远小于钢管壁的直径，所以探头与钢管壁一端所形成的空气夹层可近似看作两个直角三角形。对其中一个直角三角形，寻找这样一个点，将直角三角形分成面积相等的两部分，该点处的高作为空气层等效厚度，进而将声波通过该点的时间等效为声波通过整个空气夹层的时间。根据几何关系可得空气层等效厚度为
得
式中v′为声波在耦合块材料中的传播速度。可知，v′＞＞va，ta＞＞tb，即测得的脱空缺陷h1的误差远大于h2，误差越大，对后续实验研究影响越大。
因此，本发明采用耦合块，一端为内凹的双曲面，可以紧密贴合钢管外壁，减少空气层的厚度，使声波直接在固体接触中向钢管传递，且超声波在有机玻璃中传播速度超过3000m/s，相比是在空气中的十倍多，而且传播声波质量更高。
本发明采用耦合块，一端为内凹的双曲面，可以紧密贴合钢管外壁，减少空气层的厚度，使声波直接在固体接触中向钢管传递，且超声波在有机玻璃中传播速度超过3000m/s，相比是在空气中的十倍多，而且传播声波质量更高。
根据上述原理，本发明的结构为：所述超声波探头9与混凝土柱1间设置耦合块7，所述耦合块7一端与超声波探头9抵接，另外一端与混凝土柱1抵接；所述的抵接方式为面接触。
所述耦合块7材料采用有机玻璃，是一种人工合成的高分子聚合物，成分为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，密度为1.19g/cm3，透光率为99％，冲击强度≥16kg/cm 3，拉伸强度≥61Kg/cm 3，热变型温度≥78℃，热软化温度≥105℃，具有高透明度，低价格，密度仅为普通玻璃的一半，具有很好的热塑性，易于制作为能与钢管良好接触的内凹的双曲面耦合块，具有良好的介电性能，可以传播和反馈超声波信号，且超声波在有机玻璃中传播速度超过3000m/s，相比是在空气中的十倍多，而且传播声波质量更高。
所述的耦合块7及超声波探头9由固定装置设置在混凝土柱的侧面；所述固定装置包括空心圆柱罩8，所述空心圆柱罩8内设置超声波探头9，空心圆柱罩8的一侧设置螺纹，耦合块7的一端也设置螺纹并与空心圆柱罩8的螺纹配合，耦合块7的另外一端型面与混凝土柱1的外表面一致并抵接在混凝土柱1的外表面上；所述空心圆柱罩8的外侧由两个半圆形薄夹3通过螺栓、螺母固定；所述半圆形薄夹3与夹柄31固定成一体；所述夹柄31与螺纹钢筋棒2固定，所述螺纹钢筋棒为两条，通过螺纹、螺栓夹在混凝土柱1的两侧。
所述的固定装置并不局限于上面所述的结构，还可以采用在混凝土柱上设置凸台，凸台上固定探头及耦合块的方法。
为保证超声波探头、耦合块及混凝土柱间的压力，所述空心圆柱罩后部设置顶紧螺栓6，所述顶紧螺栓6与超声波探头的后部抵接。

Claims (4)

1.一种用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置，包括超声波探头，其特征在于：所述超声波探头与混凝土柱间设置耦合块，所述耦合块一端与超声波探头抵接，另外一端与混凝土柱抵接；所述的抵接方式为面接触。
2.根据权利要求1所述的用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置，其特征在于：所述耦合块材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
3.根据权利要求1所述的用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置，其特征在于：所述的耦合块及超声波探头由固定装置设置在混凝土柱的侧面；所述固定装置包括空心圆柱罩，所述空心圆柱罩内设置超声波探头，空心圆柱罩的一侧设置螺纹，耦合块的一端也设置螺纹并与空心圆柱罩的螺纹配合，耦合块的另外一端型面与混凝土柱的外表面一致并抵接在混凝土柱的外表面上；所述空心圆柱罩的外侧由两个半圆形薄夹通过螺栓、螺母固定；所述半圆形薄夹与夹柄固定成一体；所述夹柄与螺纹钢筋棒固定，所述螺纹钢筋棒为两条，通过螺纹、螺栓夹在混凝土柱的两侧。
4.根据权利要求3所述的用超声波检测圆钢管与混凝土协同工作的装置，其特征在于：所述空心圆柱罩后部设置顶紧螺栓，所述顶紧螺栓与超声波探头的后部抵接。
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