CN108072675B - 复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置及监测方法，该装置包括小车、位于小车上的天线和与小车连接的导向装置，导向装置通过支架安装在待测钢筋混凝土上，所述天线与雷达仪主机连接，小车与驱动装置连接，通过驱动装置使得小车沿导向装置移动。本发明的一种复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置，其充分考虑了水工混凝土结构存在曲面、临空面等复杂特性，利用各装置的力学性能及雷达检测技术，实现了适用于复杂水工混凝土结构任意方向钢筋埋深的无损检测。

Description

复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置及检测方法，属于混凝土结构钢筋埋深的无损检测领域。
背景技术
钢筋埋深是水工钢筋混凝土结构的一种重要参数，是否符合要求，将关系结构物的安全性和耐久性。目前混凝土钢筋埋深的无损检测方法主要有电磁感应法和雷达法，其中基于电磁法原理的钢筋检测仪在检测过程中需要一些限制条件，如在钢筋埋深的检测中，需要预先知道钢筋的直径，而实际工程应用中常常难以预知钢筋的直径。雷达法作为一种无损检测方法，以其高精度、高效率、高分辨率、快速经济、灵活方便、剖面直观等优点，在水工、土木等领域中得到愈来愈广泛的应用，混凝土结构钢筋参数探测就是其重要的应用之一。
目前雷达法检测混凝土结构钢筋参数多用介电常数法推算雷达波在混凝土介质中的波速，但是实际工程中，待测结构一般都是老旧混凝土结构，并不知道当前混凝土的介电常数，若以设计状态下的混凝土介电常数作为老旧混凝土的材料参数并不准确，而要想获得准确的介电常数只能现场钻孔取芯，这违背了无损检测的初衷。与此同时，混凝土钢筋参数的雷达检测法主要应用于简单的平面结构，而水工结构如溢流坝、拱坝等具有曲面、临空面等复杂几何特性，针对水工结构复杂性的特点如何布置测线以保证雷达探测的实施是该项检测技术的关键性问题。
鉴于雷达法在水工混凝土结构实际检测过程中存在的问题，本发明设计一种适用于复杂水工混凝土结构的检测装置，并基于钢筋雷达图像理论分析，采用平面电磁波入射反演方法，提出一种水工混凝土结构钢筋埋深的无损检测技术，实现检测实施方便、结果精度高的目标，以满足实际工程检测的需要。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置及检测方法，检测实施方便且高检测精度，满足实际工程的检测需要。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置，包括小车、位于小车上的天线和与小车连接的导向装置，导向装置通过支架安装在待测钢筋混凝土上，所述天线与雷达仪主机连接，小车与驱动装置连接，通过驱动装置使得小车沿导向装置移动。
作为优选，所述导向装置包含光滑圆形钢杆和滑动管套，所述光滑圆形钢杆固定在支架上，滑动套管套在光滑圆形钢杆上，滑动套管与小车连接。
作为优选，所述小车的两端设有转轴，转轴通过弹簧连接杆与小车连接，通过弹簧连接杆将小车压紧在待测钢筋混凝土上。
作为优选，所述小车底部设有可拆卸的平面钢板。
一种利用复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置的检测方法，包括以下步骤：
(1)布置测线，在待测混凝土结构上安装前后侧固定支架，将套有滑动管套的光滑圆形钢杆通过螺栓与前后侧固定支架连接；
(2)通过强力弹簧连接杆连接小车和滑动管套，调整后使小车车轮紧贴于混凝土表面上，安装驱动器和拉线，在小车上固定安装收发同体天线，并通过雷达信号传输线连接雷达仪主机；
(3)小车底板上不装平面钢板，通过驱动器控制速度拉动小车贴着混凝土表面沿光滑圆形钢杆移动，在此过程中收发同体天线发射并采集信号，传输到雷达仪主机得到雷达图像；
(4)依据雷达图像确定雷达波从混凝土表面传播至钢筋上表面的用时；
(5)将小车移动到测线上选定的几个测点上，分别在装有平面钢板和卸载钢板的小车的同一位置向混凝土发射入射波并接收反射波信号，采用平面电磁波入射反演方法测出雷达波在待测混凝土结构中的波速；
(6)最后由时间间隔和波速求得钢筋埋深。
作为优选，所述步骤(5)具体包含：
(1)将平面钢板直接装在小车底部，把收发同体天线放在平面钢板上发射入射波并采集反射波数据，利用多道波形得到幅度值，并求出反射振幅的平均值，得到钢板反射振幅Am；
(2)卸掉小车底部的平面钢板，收发同体天线固定于上述同样位置，此时天线下方即为混凝土表面，发射入射波并采集反射波数据，利用多道波形得到幅度值，并求出反射振幅的平均值，得到混凝土反射振幅A；
(3)根据公式
Figure BDA0001572261670000031
求出混凝土介质中的雷达波速，式中，v为混凝土介质中的电磁波速，A、Am分别为混凝土、钢板的反射幅值，c为光速。
有益效果：本发明的一种复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置，其充分考虑了水工混凝土结构存在曲面、临空面等复杂特性，利用各装置的力学性能及雷达检测技术，实现了适用于复杂水工混凝土结构任意方向钢筋埋深的无损检测；一种复杂水工混凝土结构钢筋埋深检测装置的检测方法，采用平面电磁波入射反演方法测出雷达波在待测混凝土结构中的波速，避免了实际工程中无法知道混凝土介电常数的问题，相比目前常用的介电常数法，更加符合工程实际情况；该检测方法具有实施方便、计算快速、精度高、完全无损等优点，满足实际工程检测的需要。
附图说明
图1为本发明检测装置的侧视结构示意图；
图2为本发明检测装置在溢流坝面上的俯视结构示意图；
图3为本发明实施例混凝土试件钢筋布置图；
图4为本发明复杂水工混凝土结构钢筋埋深检测方法的流程图；
图5为本发明实施例雷达波从混凝土表面传播至钢筋上表面用时的计算流程图；
图6为本发明实施例混凝土中波速测定方法的流程图。
其中：1-待测钢筋混凝土结构；2-前侧固定支架；3-后侧固定支架；4-滑动管套；5-光滑圆形钢杆；6-转轴；7-强力弹簧连接杆；8-小车；9-驱动器；10-拉线；11-雷达仪收发同体天线；12-可拆卸式平面钢板；13-雷达信号传输线；14-雷达仪主机；15-混凝土试件；16-钢筋。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明的一种复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置，包含布置测线的支架、天线的运载装置、检测用的雷达装置，所述布置测线的支架包含前侧固定支架2、后侧固定支架3，光滑圆形钢杆5两端通过螺栓与前侧固定支架2、后侧固定支架3相接，前后支架固定于待测混凝土表面1；所述天线的运载装置包含可在圆形钢杆5上自由移动的滑动管套4、运载雷达仪收发同体天线11的小车8，其中小车8位于光滑圆形钢杆5正下方，通过转轴6、强力弹簧连接杆7与滑动管套4连接，小车8通过驱动器9及拉线10拉动，且小车8底板有一块平面钢板12可拆卸；所述检测用的雷达装置包含雷达仪收发同体天线11、雷达仪主机14、雷达信号传输线13、辅助用的平面钢板12。
实施例：本发明复杂水工混凝土结构钢筋埋深检测方法，其实现过程示意图如图4所示，具体步骤如下：
(1)制作钢筋混凝土试件15，试件15的钢筋布置图如图3所示，将钢筋埋深(混凝土表面至钢筋上表面的距离)分成20mm、40mm、60mm、80mm、100mm、120mm共6个等级。试件15不同于常规的长方体结构，本发明暂时定义为圆弧曲面体结构，两个平行弧面间厚度为156mm，宽为500mm，水平长为1000mm，埋设3根钢筋16，直径均为Φ16，进行双面检测，A测面沿测线方向的钢筋16埋深依次为20mm、60mm、100mm，B测面依次为120mm、80mm、40mm，为了方便后期测量统计，将钢筋16埋深的6种情况(20mm、40mm、60mm、80mm、100mm、120mm)依次编号为：I、II、III、IV、V、VI。由于在混凝土实际浇筑过程中，钢筋16埋深有少许变动，试块拆模后量得钢筋的实际埋深依次为21mm、42mm、59mm、81mm、98mm、119mm；
(2)采用美国GSSI公司的SIR.20探地雷达主机，设置雷达仪主要参数，具体如下：采用1600MHz的收发同体天线，时窗选择8ns和10ns两种情况，采样点数为512；
(3)安装前侧固定支架2、后侧固定支架3以及光滑圆形钢杆5，使光滑圆形钢杆5与钢筋16向垂直；
(4)连接小车8和滑动管套4，调整后使小车8车轮紧贴于混凝土试件15表面上，安装驱动器9和拉线10，在小车8上固定安装收发同体天线11，并通过雷达信号传输线13连接雷达仪主机14；
(5)小车8底板上不装平面钢板12，通过驱动器9控制速度拉动小车8贴着混凝土试件15表面沿光滑圆形钢杆5移动，在此过程中收发同体天线11发射并采集信号，传输到雷达仪主机14得到双曲线圆弧状的钢筋雷达图像；
(6)分8ns和10ns两种时窗情况，依据雷达图像上双曲圆弧顶端的单道波的空气反射波峰值和钢筋反射波峰值之间的采样点间隔，确定雷达波从混凝土表面传播至钢筋上表面的用时，具体方法步骤如图5所示；
(7)图6为混凝土波速测定方法的实施流程图，先将平面钢板12直接装在小车8底部，把收发同体天线11放在平面钢板12上发射入射波并采集反射波数据；再卸掉小车8底部的平面钢板12，收发同体天线11固定于上述同样位置，此时天线11下方即为混凝土试件15表面，发射入射波并采集反射波数据；
(8)利用多道平均法来消除随机误差的影响，对500道的平面钢板反射波自动搜索，得到500个幅度值，求出平均值Am，利用同样的方法求得混凝土反射波振幅的平均值A；
(9)根据公式
Figure BDA0001572261670000051
求出混凝土介质中的雷达波速，实际计算值为v＝9.8516(cm/ns)；
(10)由时间间隔和波速求得钢筋埋深。表1、表2为8ns和10ns两种时窗情况下的钢筋埋深计算结果。由表1和表2可以看出，钢筋埋深的探测精度较高，绝大部分的绝对误差在3mm以内。
表1钢筋埋深计算表(时窗为8ns)
Figure BDA0001572261670000052
表2钢筋埋深计算表(时窗为10ns)
Figure BDA0001572261670000053
Figure BDA0001572261670000061
综上所述，应用本发明的方法对混凝土钢筋埋深检测是可行的，并且精度较高，能满足工程检测的需要。在实际工程中，本发明的一种复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置及方法，适用于复杂水工混凝土结构，实施方便，计算快速，能达到精度要求。

Claims (2)

1.一种复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置，其特征在于：包括小车、位于小车上的天线和与小车连接的导向装置，导向装置通过支架安装在待测钢筋混凝土上，所述天线与雷达仪主机连接，小车与驱动装置连接，通过驱动装置使得小车沿导向装置移动，导向装置包含光滑圆形钢杆和滑动管套，所述光滑圆形钢杆固定在支架上，滑动管套套在光滑圆形钢杆上，滑动管套与小车连接，滑动管套的两端设有转轴，小车两端通过倾斜的弹簧连接杆与转轴连接，通过弹簧连接杆将小车压紧在待测钢筋混凝土上；
所述检测装置的检测方法包括以下步骤：
(1)布置测线，在待测混凝土结构上安装前后侧固定支架，将套有滑动管套的光滑圆形钢杆通过螺栓与前后侧固定支架连接；
(2)通过强力弹簧连接杆连接小车和滑动管套，调整后使小车车轮紧贴于混凝土表面上，安装驱动器和拉线，在小车上固定安装收发同体天线，并通过雷达信号传输线连接雷达仪主机；
(3)小车底板上不装平面钢板，通过驱动器控制速度拉动小车贴着混凝土表面沿光滑圆形钢杆移动，在此过程中收发同体天线发射并采集信号，传输到雷达仪主机得到雷达图像；
(4)依据雷达图像确定雷达波从混凝土表面传播至钢筋上表面的用时；
(5)将小车移动到测线上选定的几个测点上，分别在装有平面钢板和卸载钢板的小车的同一位置向混凝土发射入射波并接收反射波信号，采用平面电磁波入射反演方法测出雷达波在待测混凝土结构中的波速；具体步骤如下：
(5.1)将平面钢板直接装在小车底部，把收发同体天线放在平面钢板上发射入射波并采集反射波数据，利用多道波形得到幅度值，并求出反射振幅的平均值，得到钢板反射振幅Am；
(5.2)卸掉小车底部的平面钢板，收发同体天线固定于上述同样位置，此时天线下方即为混凝土表面，发射入射波并采集反射波数据，利用多道波形得到幅度值，并求出反射振幅的平均值，得到混凝土反射振幅A；
(5.3)根据公式
Figure FDA0002501765540000011
求出混凝土介质中的雷达波速，式中，v为混凝土介质中的电磁波速，A、Am分别为混凝土、钢板的反射幅值，c为光速；
(5.3)最后由时间间隔和波速求得钢筋埋深。
2.根据权利要求1所述的复杂水工混凝土结构钢筋埋深的检测装置，其特征在于：小车底部设有可拆卸的平面钢板。
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