CN111985126B - 一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法，包括以下步骤：步骤a、在待检测混凝土结构的裸露表面布置传感器；步骤b、用脉冲锤在待检测混凝土结构的表面施加一冲击荷载；步骤c、建立混凝土结构的扩展有限元动力数值分析模型；步骤d、计算混凝土结构在相同力锤作用下的加速度或速度响应时程；步骤e、基于动力响应均方误差之和构建目标函数；步骤f、进行不同缺陷位置时正反析计算测点的响应；步骤g、反演出混凝土结构内部的缺陷数量、位置及大小。本发明提供一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法，能够结合现场测试得到结构动力响应,快速找到结构内部缺陷的数量、位置及大小。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法，属于土木、水利工程结构损伤检测技术领域。
背景技术
我国建造了许多混凝土结构，如混凝土坝、水闸、泵站、船闸、地铁隧道、码头和船坞等。这些结构(全部或部分)大多属于地下的隐蔽混凝土工程，一方面在工程结束验收时需要对其施工质量进行检测验收，另一方面这些工程在使用中若发生漏水或渗水，也急需快速找出裂缝位置，以便迅速采取有关补救措施。由于问题的复杂性，以及施工、测试技术手段的限制，常规的混凝土裂缝检测手段一般很难快速找到结构内部的缺陷(裂缝)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够结合现场测试得到结构动力响应(位移或速度等)快速找到结构内部缺陷(裂缝)的数量、位置及大小的混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法，包括以下步骤：
步骤a、在待检测混凝土结构的裸露表面布置若干加速度传感器或者速度传感器；
步骤b、用脉冲锤在待检测混凝土结构的表面施加一冲击荷载，方向垂直于板面，测量待检测混凝土结构的有关测点的加速度或速度响应时程；
步骤c、建立混凝土结构的扩展有限元动力数值分析模型；
步骤d、计算混凝土结构在相同力锤作用下的加速度或速度响应时程；
步骤e、基于真实结构的动力响应与反演过程中所建立模型的动力响应均方误差之和构建目标函数；
步骤f、基于扩展有限元理论进行结构的缺陷反演，进行不同缺陷位置时正反析计算测点的响应；
步骤g、通过人工鸡群智能优化算法不断更新缺陷位置，使目标函数最小化，直至达到收敛精度，反演出混凝土结构内部的缺陷数量、位置及大小。
步骤a中，设结构中可能存在的最大缺陷数量为M，每个缺陷待反演参数个数为N，则传感器的布置数量应等于或大于N×M。
步骤a中，现场勘查待检测建筑物，确定传感器的测点位置，若无法预知缺陷的位置，传感测点在隐蔽结构的裸露表面等间距布置，在各测点位置涂抹石膏作为粘合剂，安装加速度或速度传感器。
步骤b中，有关测点的加速度或速度响应时程的持续时间为30秒。
步骤b中，对测试获得的响应信号进行滤波处理，去掉噪声和大地脉动等环境激励引起的响应，得到混凝土结构的真实响应时程。
步骤c中，无需考虑内部缺陷的几何特征，直接按照混凝土结构的几何外形建立结构的有限元网格模型，剖分网格时将加速度传感器或速度传感器的测点位置作为有限元网格的单元结点，力锤作用点也布置在结点上，并施加与现场条件一致的几何边界条件。
步骤e中，目标函数
式中，表示包含模型未知参数估计值的向量，/>代表在tp时刻的迭代过程中建立的模型响应，yi(tp)为tp时刻的实际结构响应，NS为传感器布置的数量，NT为响应时间历程数。
步骤g中、鸡群算法包括：引入选择控制概率，利用收敛因子及精英引导策略平衡算法开发与探索能力；借鉴萤火虫算法的思想引入吸引机制和时间比例因子增强智能算法的寻优能力。
本发明的有益效果：本发明提供的一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法，通过在混凝土结构中输入激励，测得结构的若干部位的加速度或速度响应时程，然后建立混凝土结构的扩展有限元动力数值分析模型，依据现场测试数据，结合先进的数值手段反演混凝土隐蔽结构中的缺陷数量、位置及大小，为混凝土隐蔽结构的无损检测技术提供了一条新的途径。
附图说明
图1是本发明一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法的整体流程示意图；
图2是本发明中含缺陷结构体及其响应测试示意图；
图3是本发明中含缺陷结构体的有限元网格示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明公开一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法，包括以下步骤：
步骤一、首先在待检测建筑物的裸露表面布置若干加速度传感器或速度传感器。待检测混凝土结构中可能存在的最大缺陷数量为2，每个缺陷(用椭圆形缺陷进行拟合)待反演参数个数为5(椭圆中心坐标、椭圆半长轴、椭圆半短轴、椭圆倾角)，则传感器的布置数量应等于或大于10。
如图2所示，现场勘查待检测建筑物，确定加速度传感器的测点位置，测点布置在隐蔽工程裸露结构的外面等间距布置，记录测点位置并编号。在各测点位置涂抹石膏作为粘合剂，安装加速度或速度传感器；
步骤二、用脉冲锤在结构的表面施加一冲击荷载，方向垂直于板面。测量检测结构的有关测点的加速度或速度响应时程(方向与加载方向一致)，持续时间30秒。对测试获得的响应信号进行滤波处理，去掉噪声和大地脉动等环境激励引起的响应。
步骤三、建立混凝土隐蔽工程结构的数值分析模型，建立混凝土隐蔽工程的数值分析模型的方法如下：如图3所示，无需考虑内部缺陷的几何特征(位置、大小、数量)，直接按照混凝土结构的几何外形建立建筑物结构的有限元网格模型，剖分网格时将加速度传感器的测点位置作为有限元网格的单元结点，力锤作用点也布置在结点上，并施加与现场条件一致的几何边界条件。
步骤四、最后计算混凝土结构在相同力锤荷载作用下的若干测点的动力响应。
步骤五、基于真实结构的动力响应与反演过程中所建立模型的动力响应均方误差之和构建目标函数
式中，表示包含模型未知参数估计值的向量，/>代表在tp时刻的迭代过程中建立的模型响应，yi(tp)为tp时刻的实际结构响应，NS为传感器布置的数量，NT为响应时间历程数。
步骤六、基于扩展有限元理论进行结构的缺陷反演，进行不同缺陷位置时正反析计算测点的响应。
步骤七、通过改进的鸡群智能优化算法迭代求解，使目标函数最小化，直至达到收敛精度，反演出建筑物结构内部的缺陷数量、位置及大小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a、在待检测混凝土结构的裸露表面布置若干加速度传感器或者速度传感器，设结构中可能存在的最大缺陷数量为M，每个缺陷待反演参数个数为N，则传感器的布置数量应等于或大于N×M，现场勘查待检测建筑物，确定传感器的测点位置，若无法预知缺陷的位置，传感器测点在隐蔽结构的裸露表面等间距布置，在各测点位置涂抹石膏作为粘合剂，安装加速度或速度传感器；
步骤b、用脉冲锤在待检测混凝土结构的表面施加一冲击荷载，方向垂直于待检测混凝土结构表面，测量待检测混凝土结构的有关测点的加速度或速度响应时程；
步骤c、建立混凝土结构的扩展有限元动力数值分析模型，无需考虑内部缺陷的几何特征，直接按照混凝土结构的几何外形建立结构的有限元网格模型，剖分网格时将加速度传感器或速度传感器的测点位置作为有限元网格的单元结点，力锤作用点也布置在结点上，并施加与现场条件一致的几何边界条件；
步骤d、计算混凝土结构在相同力锤作用下的加速度或速度响应时程；步骤e、基于真实结构的动力响应与反演过程中所建立模型的动力响应均方误差之和构建目标函数；
步骤f、基于扩展有限元理论进行结构的缺陷反演，进行不同缺陷位置时正反析计算测点的响应；
步骤g、通过人工鸡群智能优化算法不断更新缺陷位置，使目标函数最小化，直至达到收敛精度，反演出混凝土结构内部的缺陷数量、位置及大小，鸡群算法包括：引入选择控制概率，利用收敛因子及精英引导策略平衡算法开发与探索能力；借鉴萤火虫算法的思想引入吸引机制和时间比例因子增强智能算法的寻优能力。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法，其特征在于：步骤b中，有关测点的加速度或速度响应时程的持续时间为30秒。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法，其特征在于：步骤b中，对测试获得的响应信号进行滤波处理，去掉噪声和大地脉动环境激励引起的响应，得到混凝土结构的真实响应时程。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土隐蔽工程内部多缺陷的无损检测方法，其特征在于：步骤e中，目标函数
式中，表示包含模型未知参数估计值的向量，/>代表在tp时刻的迭代过程中建立的模型响应，yi(tp)为tp时刻的实际结构响应，NS为传感器布置的数量，NT为响应时间历程数。
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