CN112179991A - 一种超声换能器非对测布置获得对测声速的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声换能器非对测布置获得对测声速的方法，先选择基准对照构件，在基准对照构件的比对区内做超声对测，得到对测平均声速；随后进行非对测超声检测：当非对测超声检测为超声角测时，在定量位置上测得角测平均声时、当为超声平测时，在定量位置上测得平测平均声时，通过角测平均声时或平测平均声时与对测平均声速的乘积得到角测或平测时的模拟对测测距L；通过将模拟对测测距L输入到超声仪的“测距”输入项内，对仅能满足超声角测或超声平测条件的待检构件检测，超声换能器布置的定量位置尺寸与基准对照构件相同，得到对测声速；将对测声速代入测强公式计算构件混凝土强度值。本发明具有操作便捷，检测结果准确的技术特点。

Description

一种超声换能器非对测布置获得对测声速的方法
技术领域
本发明涉及建设工程无损检测领域，具体涉及一种超声换能器非对测布置获得对测声速的方法。
背景技术
超声回弹综合法是目前非破损实体检测混凝土强度的常用方法，相比传统的钻芯法和回弹法，此方法较好地综合了混凝土的内部及外部的因素，在混凝土强度的反映上互相补充，可大幅度提高混凝土强度的检测精度，通过超声法的声速值v和回弹法的回弹值R，利用相对应测强曲线间接测定混凝土的强度。
中国工程建设标准化协会标准T/CECS 02-2020《超声回弹综合法检测混凝土抗压强度技术规程》（以下简称标准）中规定，超声测点应布置在回弹测试的同一测区内，每一测区应布置3个测点，超声测试宜采用对测，参照图1所示，当被测构件不具备对测条件时，可采用角测或平测。虽然标准中允许针对不具备对测条件的混凝土构件采用角测或平测，但是超声回弹综合法检测混凝土强度换算公式中的声速值必须是采用对测的超声声速值。因此，当不具备对测条件时如何通过角测或平测的方式快速、准确地获取对测时的超声声速值，对超声回弹综合法的推广应用及混凝土抗压强度检测结果的准确性至关重要。
标准中附录 D给出了超声角测、平测和声速计算方法。超声角测是将一对发射T、 接收R换能器分别耦合于被测构件上相互垂直的两个平面，该方法适用于当构件被测部位 只有两个相邻表面可供检测的场合。对于角测声速与对测声速的转换，标准中规定对测声 速就等于角测声速，可由角测时的超声测距与声时作商并多个测点取平均值得到声速值。 角测时换能器布置如图2所示，超声测距按
Figure 875546DEST_PATH_IMAGE001
公式计算，式中
Figure 597953DEST_PATH_IMAGE002
为角测第
Figure 591316DEST_PATH_IMAGE003
个测点的超声测距 (mm)；
Figure 407963DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 144974DEST_PATH_IMAGE005
分别为角测第
Figure 730677DEST_PATH_IMAGE003
个测点换能器的中心点与构件边缘 的距离（mm）。但是，实际上对于角测时测距如何确定业内存在一定的争议：测距取两个换能 器的中心点连线构成的斜边距L’，这是标准中推荐的方法；取两个换能器的近边缘连线构 成的斜边距L’’，这是两换能器相邻最近点，也是理论上超声传播最先到达的距离；或者上 述两者都不是，即角测时的真实测距无法确定。标准中三角形的直角边取两换能器的中心 点与构件边缘的距离，显然，斜边计算值取换能器近边缘距比取换能器中心点距小。倘若角 测时能够规避具有争议的测距计算，甚至略去角测声速值计算，直接获得经转换后的所需 的对测声速值，将是一个新的思路。
平测法是将一对发射T、接收R换能器，置于被测构件同一个表面进行检测，该方法 适用于被测部位只有一个表面可供测试的场合。对于平测声速与对测声速的转换，标准中 给出了修正系数的转换方法，先选取有代表性且具有对测条件的构件，分别得到平测测区 混凝土中平均声速vpp及对测测区混凝土中声速代表值vd，修正系数λ=vd/vpp，对于其他仅具 备平测条件的构件，在得到平测声速vp后，乘以修正系数λ转换为对测声速值。但是，因平测 法中的测距既不是一对发射T、接收R换能器的中心点连线之间的距离L’，也不是发射T、接 收R换能器内边缘之间的距离L’’，如图3所示。所以，平测法的声速并不是直接采用测距与 声时的比值来计算得到的，而是要通过采用“时~距法”得到回归方程
Figure 160521DEST_PATH_IMAGE006
来求 取，回归方程中的c是平测法的声速值，真实的测距是两个换能器内边缘间距加修正距α。由 于平测法的声速计算较为繁琐，且不仅在首个构件计算修正系数时需要采用回归方程的方 式计算声速，在往后采用平测法检测的每个构件都需要采用回归方程的方式计算声速，因 而导致现场检测、计算不便，工作量巨大。倘若平测时能够绕过平测声速的计算，直接获得 经转换后的所需的对测声速值，将是一个新的思路。
综上，亟需一种简单实用、准确可靠的超声换能器非对测布置获得对测声速的方法，以推广超声回弹综合法在混凝土抗压强度检测中的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超声换能器非对测布置获得对测声速的方法，操作便捷，效率高，大大降低现场检测工作量以及计算工作量，同时提高检测结果的准确性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超声换能器非对测布置获得对测声速的方法，包括以下步骤：
步骤1）选择基准对照构件，基准对照构件具有可以同时做超声对测以及非对测超声检测的比对区域；
步骤2）在基准对照构件的比对区域域内先做对测，将基准对照构件已知的对测尺寸输入到超声仪的“测距”输入项内，采用两个超声换能器在基准对照构件相对的对测面上测3~5点得到对测平均声速V；
步骤3）计算模拟对测测距；
当非对测超声检测为超声角测时，在基准对照构件的相邻直角面上相对于直角面夹角线各取相同间距定位划线，得到两条定位直线，在超声仪的“测距”输入项内输入任意尺寸，采用两个超声换能器各自与定位直线相切，测3~5点得到角测平均声时t1，将对测平均声速V与角测平均声时t1的乘积作为超声角测时的模拟对测测距L1；
当非对测超声检测为超声平测时，在基准对照构件的同一表面上定位划线，得到两条平行的定位直线，定位直线的间距为两个超声换能器的内边缘距，在超声仪的“测距”输入项内输入任意尺寸，采用两个超声换能器分别与定位直线相切，测3~5点得到平测平均声时t2，将对测平均声速V与平测平均声时t2的乘积作为超声平测时的模拟对测测距L2；
步骤4）对待检构件进行角测法检测时，将超声角测时的模拟对测测距L1输入到超声仪的“测距”输入项内，在待检构件的相邻直角面上相对于直角面夹角线各取相同间距定位划线，得到两条定位直线，待检构件上的定位划线间距与计算模拟对测测距L1过程中定位划线的间距相同，采用两个超声换能器各自与对应的定位直线相切，超声仪输出的声速值即为待检构件的对测声速，对多个测点进行测试，得到待检构件的对测平均声速；
对待检构件进行平测法检测时，将超声平测时的模拟对测测距L2输入到超声仪的“测距”输入项内，在待检构件的一表面上定位划线，得到两条平行的定位直线，待检构件上定位直线的间距与计算模拟对测测距L2过程中的定位直线的间距相同，采用两个超声换能器分别与定位直线相切，超声仪输出的声速值即为待检构件的对测声速，对多个测点进行测试，得到待检构件的对测平均声速；
步骤5）将待检构件的对测平均声速代入测强公式计算混凝土强度值。
进一步地，当非对测超声检测为超声角测时，定位直线与直角面夹角线的间距尺寸为300mm；当非对测超声检测为超声平测时，两条定位直线的间距尺寸为300mm。
进一步地，步骤3）中，在超声仪的“测距”输入项内输入的尺寸为300 mm、400mm或500mm。
进一步地，在步骤4）中，待检构件检测需要测3~5点，通过平均计算得到待检构件的对测平均声速。
进一步地，所述基准对照构件与待检构件为同一批浇筑的构件。
本发明的有益效果：
本发明巧妙地采用了“相同声时模拟测距”的原理，使得在超声平测法中其测距及声速无需在每个测区采用“时~距法”进行繁琐的回归处理，在角测法中无需用勾股定理计算其斜边测距，确定的测距接近超声角测法的真实测距，极大地提高了检测精度，减少了现场检测工作量，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明背景技术中的超声对测示意图；
图2是本发明背景技术中的超声角测示意图；
图3是本发明背景技术中的超声平测示意图；
图4是本发明超声角测时定位划线配合的示意图；
图5是本发明超声平测时定位划线配合的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明的超声换能器非对测布置获得对测声速的方法的一实施例：
某多层混凝土框架结构，二层的框架柱的设计截面尺寸为600㎜×600㎜，四根角柱仅有内侧的两个相邻表面可供检测。采用本发明的方法，并以角测的方式得到对测时的声速值。
首先选择一根可以同时做超声对测和超声角测的框架柱一，作为基准对照构件，在框架柱一上选择一对对测面，采用钢尺测得所述对测面的实际间距为600mm，在超声波检测仪上输入测距为600mm，开始布置测点进行对测，测3~5点得到平均声时为128.5 us，对测平均声速V为4.669 km/s。
在框架柱一的相邻直角面上各取300mm定位划线，可以在两个直角面上得到两条定位直线1，两条定位直线1均平行于两个直角面的夹角线，定位直线1与直角面夹角线的间距尺寸为300mm，角测时2个超声换能器2各自与对应的定位直线1相切，且需要在相对应匹配位置上，该位置可以通过制备辅助线得到，参照图4所示，其中虚线即为辅助线，且辅助线的长度为300mm，在超声仪的“测距”输入项内输入的尺寸为500 mm，测3~5点得到角测平均声时t1为99.2 us。然后计算模拟对测测距，将对测平均声速V与角测平均声时t1的乘积作为模拟对测测距L1，L1等于463㎜。
选择仅有内侧的两个相邻表面可供检测的第一根角柱，在第一根角柱的相邻直角面上定位划线，制备定位直线1，该定位划线的方法需要与框架柱一上的定位划线方法以及间距一致，两条定位直线1与直角面夹角线的间距也为300mm，预先在超声仪的“测距”输入项内输入上一步得到的模拟对测测距463mm，角测时2个超声换能器2各自与对应的定位直线1相切，且需要在相对应匹配位置上，该位置可以通过制备辅助线得到，超声仪输出的声速值即为待检构件的对测声速。测3~5点得到角测平均声时t1为99.7 us，待检构件的平均声速为4.643km/s。
在一实施例中，某混凝土剪力墙结构，六层混凝土剪力墙的设计厚度为200mm，外墙仅有内侧的一个表面可供检测。采用本发明的方法，并以平测的方式得到对测时的声速值。
首先选择一片可以同时做超声对测和超声平测的混凝土剪力墙一，在混凝土剪力墙一上选择一对对测面，采用钢尺测得所述对测面的实际间距为200mm，在超声波检测仪上输入测距为200mm，开始布置测点进行对测，测3~5点得到平均声时为44.1us，对测平均声速V为4.535 km/s。在混凝土剪力墙一的一个面上取间距300mm间隔定位划线，制备两条平行的定位直线1，平测时两个超声换能器2各自与对应的定位直线1相切，需要在相对应匹配位置上，该位置可以通过制备辅助线得到，与角测时制备方式一致，参照图5所示，在超声仪的“测距”输入项内输入的尺寸为500 mm，测3~5点得到角测平均声时t2为72.4 us。然后计算模拟对测测距，将对测平均声速V与角测平均声时t2的乘积作为模拟对测测距L2，L2等于328mm。
选择一个表面可供检测的第一片外墙，在第一片外墙的内侧面上间隔定位划线，制备两条平行的定位直线1，该定位划线的方法需要与混凝土剪力墙一上的定位划线方法以及间距一致，也为300mm，预先在超声仪的“测距”输入项内输入上一步得到的模拟对测测距328mm，平测时2个超声换能器2各自与对应定位直线1相切，且需要在相对应匹配位置上，超声仪输出的声速值即为待检构件的对测声速。测3~5点得到平测平均声时t2为72.9us，待检构件的平均声速为4.499km/s。
上述两个实施例得到的对测平均声速均可以直接代入测强公式计算混凝土强度值，操作便捷可靠。在超声角测过程中，采用本方法可以忽略角测时测距无法确定的问题，在超声平测过程中，采用本方法可以省去大量的回归计算，提高测量效率，也避免了人为计算失误的问题。测强公式为中国工程建设标准化协会标准T/CECS 02-2020《超声回弹综合法检测混凝土抗压强度技术规程》中规定的全国统一测区混凝土抗压强度换算的公式。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种超声换能器非对测布置获得对测声速的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）选择基准对照构件，基准对照构件具有可以同时做超声对测以及非对测超声检测的比对区域；
步骤2）在基准对照构件的比对区域内先做对测，将基准对照构件已知的对测尺寸输入到超声仪的“测距”输入项内，采用两个超声换能器在基准对照构件相对的对测面上测3~5点得到对测平均声速V；
步骤3）计算模拟对测测距；
当非对测超声检测为超声角测时，在基准对照构件的相邻直角面上相对于直角面夹角线各取相同间距定位划线，得到两条定位直线，在超声仪的“测距”输入项内输入任意尺寸，采用两个超声换能器各自与定位直线相切，测3~5点得到角测平均声时t1，将对测平均声速V与角测平均声时t1的乘积作为超声角测时的模拟对测测距L1；
当非对测超声检测为超声平测时，在基准对照构件的同一表面上定位划线得到两条平行的定位直线，定位直线的间距为两个超声换能器的内边缘距，在超声仪的“测距”输入项内输入任意尺寸，采用两个超声换能器分别与定位直线相切，测3~5点得到平测平均声时t2，将对测平均声速V与平测平均声时t2的乘积作为超声平测时的模拟对测测距L2；
步骤4）对待检构件进行角测法检测时，将超声角测时的模拟对测测距L1输入到超声仪的“测距”输入项内，在待检构件的相邻直角面上相对于直角面夹角线各取相同间距定位划线，得到两条定位直线，待检构件上的定位划线间距与计算模拟对测测距L1过程中定位划线的间距相同，采用两个超声换能器各自与对应的定位直线相切，超声仪输出的声速值即为待检构件的对测声速，对多个测点进行测试，得到待检构件的对测平均声速；
对待检构件进行平测法检测时，将超声平测时的模拟对测测距L2输入到超声仪的“测距”输入项内，在待检构件的一表面上定位划线，得到两条平行的定位直线，待检构件上定位直线的间距与计算模拟对测测距L2过程中的定位直线的间距相同，采用两个超声换能器分别与定位直线相切，超声仪输出的声速值即为待检构件的对测声速，对多个测点进行测试，得到待检构件的对测平均声速；
步骤5）将待检构件的对测平均声速代入测强公式计算混凝土强度值。
2.如权利要求1所述的超声换能器非对测布置获得对测声速的方法，其特征在于，当非对测超声检测为超声角测时，定位直线与直角面夹角线的间距尺寸为300mm；当非对测超声检测为超声平测时，两条定位直线的间距尺寸为300mm。
3.如权利要求1所述的超声换能器非对测布置获得对测声速的方法，其特征在于，步骤3）中，在超声仪的“测距”输入项内输入的尺寸为300 mm、400mm或500mm。
4.如权利要求1所述的超声换能器非对测布置获得对测声速的方法，其特征在于，在步骤4）中，待检构件检测需要测3~5点，通过平均计算得到待检构件的对测平均声速。
5.如权利要求1所述的超声换能器非对测布置获得对测声速的方法，其特征在于，所述基准对照构件与待检构件为同一批浇筑的构件。
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