CN112946079A - 一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统及方法，属于混凝土脱空检测技术领域。包括网格划分模块，用于对厚钢壳混凝土进行网格划分，确定检测区域；数据采集模块，用于利用敲击锤在检测区域上施加冲击荷载，激发弹性振动波，利用传感器获取检测区域的钢板表面自由振动波；滤波模块，用于对钢板表面自由振动波进行分解与滤波处理，消除噪声；归一化模块，用于对消除噪声后的自动振动波进行归一化处理；质能分析模块，用于根据所述归一化后的自由振动波，建立质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系；展示模块，用于将质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系进行展示。本发明解决了常规脱空检测方法适用性较差以及检测精度不高的问题。

Description

一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统和方法
技术领域
本发明属于混凝土脱空检测技术领域，尤其涉及一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统和方法。
背景技术
无损检测是确保钢壳混凝土高质量建设和长期运行安全的重要保障。钢壳混凝土是钢板和混凝土两种材料的复合结构，因此两种材料结合的紧密程度直接关系到结构的承载能力与耐久性。
对钢壳混凝土浇筑质量的检测，日本研究人员进行了大量实验研究。由于钢壳的存在使得各种电磁波类检测方法无法应用，目前主要是依靠弹性波类和射线类检测方法，弹性波类检测方法主要有打音法、超声波法和冲击回波法；射线类检测方法主要有中子射线法等。打音法通过频谱和卓越频率分析可以分辨出脱空区域较大的脱空缺陷，该方法对脱空面积指标具备较好的灵敏度，但当钢板与混凝土间出现产生微小缝隙(0.1～1mm)的剥离缺陷时，打音法无法定量判别脱离的距离，极易出现误判，且效率不高(约30s/点)，在实际工程应用中，打音法的检测精度一般为60～70％。除打音法外，日本对冲击回波法(冲击弹性波法)、连续扫频波法、超声波法和横波超声波法等检测方法也进行了大量实验研究，其研究结果表明，这些方法对检测钢板与混凝土间是否存在剥离都是有效的，但都无法准确判断脱空高度，检测适用性很差，就检测效率看，打音法检测效率最高，超声波法检测效率最低。
总之，常规检测方法的适用性较差，检测精度不高，为解决钢壳混凝土脱空检测这一技术难题，保证工程浇筑质量，本发明提出了一种厚钢壳混凝土脱空质能检测方法和系统。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统和方法，解决了常规脱空检测方法适用性较差以及检测精度不高的问题。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
本方案提供一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统，包括网格划分模块、数据采集模块、滤波模块、归一化模块、质能分析模块以及展示模块；
所述网格划分模块，用于对厚钢壳混凝土进行网格划分，确定检测区域；
所述数据采集模块，用于利用敲击锤在检测区域上施加冲击荷载，激发弹性振动波，并根据激发的弹性振动波，利用传感器获取检测区域的钢板表面自由振动波；
所述滤波模块，用于对钢板表面自由振动波进行分解与滤波处理，消除噪声；
所述归一化模块，用于对消除噪声后的自动振动波进行归一化处理，得到归一化后的自由振动波；
所述质能分析模块，用于根据所述归一化后的自由振动波，建立质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系；
所述展示模块，用于将质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系进行展示，完成对厚钢壳混凝土的脱空质能检测。
本发明的有益效果是：本发明实现了钢壳混凝土脱空检测自动化数据获取、数据处理、脱空(区域、面积、高度)判定以及结果的展示。
进一步地，所述数据采集模块包括采集控制单元、敲击锤和传感器；
所述敲击锤，用于在待检测位置施加冲击荷载，激发弹性振动波；
所述传感器，用于根据激发的弹性振动波，获取检测区域的钢板表面自由振动波，并传输至采集控制单元；
所述采集控制单元，用于将接收的自由振动波传输至滤波模块。
上述进一步方案的有益效果是：本发明利用敲击锤在待检测区域施加冲击荷载，实现现场力学弹性振动波的激发；利用传感器实现待检测位置钢板表面自由振动信号的自动采集。
基于上述系统，本发明还提供了一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测方法，包括以下步骤：
S1、对厚钢壳混凝土进行网格划分，确定检测区域；
S2、利用敲击锤在检测区域上施加冲击荷载，激发弹性振动波，并根据激发的弹性振动波，利用传感器获取检测区域的钢板表面自由振动波；
S3、对钢板表面自由振动波进行分解与滤波处理，消除噪声；
S4、对消除噪声后的自动振动波进行归一化处理，得到归一化后的自由振动波；
S5、根据所述归一化后的自由振动波，建立质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系；
S6、将质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系进行展示，完成对厚钢壳混凝土的脱空质能检测。
本发明的有益效果是：本发明实现了钢壳混凝土脱空检测自动化数据获取、数据处理、脱空(区域、面积、高度)判定以及结果的展示，以及实现了钢壳混凝土脱空检测毫米级精度的突破。
进一步地，所述步骤S4中包括以下步骤：
S401、根据消除噪声后的自动振动波，计算得到冲击下检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，其表达式如下：
Figure BDA0002957862930000041
其中，y(t)表示冲击下检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，y(0)表示厚钢壳混凝土结构的初始位移，D(t)表示初始速度为0的自由振动反应，
Figure BDA0002957862930000046
表示厚钢壳混凝土结构的初始速度，V(t)表示初始位移为0和初始速度为1时的自由振动反应，h(t)表示结构单位脉冲响应函数，f(τ)表示均值为0的平稳随机激励，τ表示积分符号；
S402、选择振幅为1的样本截取所述位移反应，得到时刻列表ti(ti＝1,2,3,...,n)，并计算得到自ti时刻开始的检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，n表示总的时刻数，其表达式如下：
Figure BDA0002957862930000042
其中，y(t-ti)表示自ti时刻开始的位移反应，y(ti)表示厚钢壳混凝土结构ti时刻的位移反应，D(t-ti)表示自ti时刻的自由振动反应，V(t-ti)表示自ti时刻开始初始位移为0和初始速度为1时的自由振动反应；
S403、将自ti时刻开始的检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应的时间起始点移至坐标原点，并计算得到自由振动波形函数：
Figure BDA0002957862930000043
其中，xi(t)自由振动波形函数，AD(t)表示初始位移为A，初始速度为0的自由振动反应；
S404、统计自由振动波形函数的平均值，得到归一化后的自由振动波：
Figure BDA0002957862930000044
其中，
Figure BDA0002957862930000045
表示归一化后的自由振动波。
上述进一步方案的有益效果是：将所有检测点的结果统一为相同数量级量纲，解决了因激励源激振力大小不同造成的结果差异。
再进一步地，所述步骤S5中包括以下步骤：
S501、对归一化后的自动振动波进行时间内积分处理，得到质能强度函数；
S502、根据所述质能强度函数，计算得到厚钢壳混凝土的脱空高度；
S503、将所述厚钢壳混凝土的脱空高度与实际厚钢壳混凝土的脱空高度进行拟合修正；
S504、根据拟合修正结果，对厚钢壳混凝土中脱空位置处的脱空面积进行积分计算，并将计算结果与厚钢壳混凝土实际的脱空面积进行修正，得到修正后的脱空面积，完成质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标关系的建立。
上述进一步方案的有益效果是：完成对钢壳混凝土脱空区域的判定，为脱空面积和脱空高度的测定缩小检测区域。
再进一步地，所述步骤S501中质能强度函数的表达式如下：
Figure BDA0002957862930000051
其中，I(k)表示质能强度函数，Δt表示时间间隔，k表示自由振动采集时数据的采样点数，
Figure BDA0002957862930000052
表示第i个采样点的数值，i表示采样点的编号，且i＝1,2,3,...,k。
再进一步地，所述步骤S502中厚钢壳混凝土的脱空高度的表达式如下：
d＝aI3-bI2+cI
其中，d表示厚钢壳混凝土的脱空高度，I表示响应强度指标，a、b和c表示常数。
上述进一步方案的有益效果是：在确定了脱空区域的基础上，确定了脱空高度。
再进一步地，所述步骤S504中厚钢壳混凝土中脱空位置处的脱空面积表达式如下：
Ac＝∫∫ψ(x,y)dxdy
＝ψ(x1,y1)Δs+ψ(x2,y2)Δs+...+ψ(xn,yn)Δs
＝A1+A2+...+An
Figure BDA0002957862930000061
其中，Ac表示检测区域内厚钢壳混凝土的脱空面积，ψ(x,y)表示不同测点位置处脱空面积判别函数，x和y表示测点的纵横坐标，xn和yn均表示测点的纵横坐标中第n个测点，Δs表示测线的测线网格大小，An表示测点n处的脱空面积，d表示脱空高度；
所述进行修正的修正系数表达式如下：
α＝Am/Ac
其中，Am表示厚钢壳混凝土的实际脱空面积测量值，Ac表示厚钢壳混凝土的脱空面积计算值，α为修正系数；
所述修正后的脱空面积的表达式如下：
Figure BDA0002957862930000062
其中，A'c表示修正后的脱空面积，
Figure BDA0002957862930000063
表示若干个脱空缺陷样本数据计算的均值。
上述进一步方案的有益效果是：在确定了脱空区域、脱空高度的基础上，确定了脱空面积，从而实现了钢壳混凝土毫米级脱空检测。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的方法流程图。
图3为本实施例中开盖验证结果与检测结果对比图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统，包括网格划分模块、数据采集模块、滤波模块、归一化模块、质能分析模块以及展示模块；网格划分模块，用于对厚钢壳混凝土进行网格划分，确定检测区域；数据采集模块，用于利用敲击锤在检测区域上施加冲击荷载，激发弹性振动波，并根据激发的弹性振动波，利用传感器获取检测区域的钢板表面自由振动波；滤波模块，用于对钢板表面自由振动波进行分解与滤波处理，消除噪声；归一化模块，用于对消除噪声后的自动振动波进行归一化处理，得到归一化后的自由振动波；质能分析模块，用于根据所述归一化后的自由振动波，建立质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系；展示模块，用于将质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系进行展示，完成对厚钢壳混凝土的脱空质能检测。数据采集模块包括采集控制单元、敲击锤和传感器；敲击锤，用于在待检测位置施加冲击荷载，激发弹性振动波；传感器，用于根据激发的弹性振动波，获取检测区域的钢板表面自由振动波，并传输至采集控制单元；采集控制单元，用于将接收的自由振动波传输至滤波模块。
本实施例中，首先，本发明对厚钢壳混凝土进行风格划分，确定其检测区域，利用传感器获取检测区域的钢板表面自由振动波，并对该自由振动波进行滤波处理，以消除其噪声，再对消除噪声后的自由振动波进行归一化处理，将所有检测点的结果统一为相同数量级量纲，解决了因激励源激振力大小不同造成的结果差异，并基于归一化后的自由振动波建立技能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系，实现脱空指标的定量化，完成对钢壳混凝土脱空区域的判定，为脱空面积和脱空高度的测定缩小检测区域，即在确定了脱空区域、脱空高度的基础上，确定了脱空面积，从而实现了钢壳混凝土毫米级脱空检测，最后将其关系通过云图、点图实现脱空信息的自动显示，并应用于工程中。
本实施例中，敲击锤在待检测位置施加冲击荷载，实现现场力学弹性振动波的激发；传感器，实现待检测位置钢板表面自由振动信号的自动采集。
实施例2
如图2所示，本发明提供了一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测方法，其实现方法如下：
S1、对厚钢壳混凝土进行网格划分，确定检测区域；
本实施例中，由于脱空面积和脱空高度是使用不同检测设备进行检测，两种检测设备的覆盖面积不同，划分的网格为两种设备的检测区域提供了标准，实现检测区域的全覆盖；对钢壳混凝土进行网格划分后，可根据不同网格内的脱空情况进行统计与分析，为提高钢壳混凝土浇筑质量提供细化的数据支撑。
S2、利用敲击锤在检测区域上施加冲击荷载，激发弹性振动波，并根据激发的弹性振动波，利用传感器获取检测区域的钢板表面自由振动波；
本实施例中，敲击锤在待检测位置施加冲击荷载，实现现场力学弹性振动波的激发；传感器，实现待检测位置钢板表面自由振动信号的自动采集。
S3、对钢板表面自由振动波进行分解与滤波处理，消除噪声；
本实施例中，实测振动波容易受到环境因素如环境背景噪声、往来车辆、人类活动等的影响，使用直接获取的表面自由振动波进行后续研究时，会分解出很多非结构振动的信息，这些信息的出现会影响脱空情况的判断。
S4、对消除噪声后的自动振动波进行归一化处理，得到归一化后的自由振动波，其实现方法如下：
S401、根据消除噪声后的自动振动波，计算得到冲击下检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，其表达式如下：
Figure BDA0002957862930000091
其中，y(t)表示冲击下检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，y(0)表示厚钢壳混凝土结构的初始位移，D(t)表示初始速度为0的自由振动反应，
Figure BDA0002957862930000094
表示厚钢壳混凝土结构的初始速度，V(t)表示初始位移为0和初始速度为1时的自由振动反应h(t)表示结构单位脉冲响应函数，f(τ)表示均值为0的平稳随机激励，τ表示积分符号；
S402、选择振幅为1的样本截取所述位移反应，得到一系列交点ti(ti＝1,2,3,..n)，并计算得到自ti时刻开始的检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，其表达式如下：
Figure BDA0002957862930000092
其中，y(t-ti)表示自ti时刻开始的位移反应，y(ti)表示厚钢壳混凝土结构的ti时刻位移反应，D(t-ti)表示自ti时刻的自由振动反应，V(t-ti)表示自ti时刻开始初始位移为0和初始速度为1时的自由振动反应。
S403、将自ti时刻开始的检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应的时间起始点移至坐标原点：
Figure BDA0002957862930000093
其中，xi(t)自由振动波形函数，AD(t)表示初始位移为A，初始速度为0的自由振动反应。
S404、统计xi(t)的平均值，得到归一化后的自由振动波：
Figure BDA0002957862930000101
其中，
Figure BDA0002957862930000102
表示归一化后的自由振动波；
本实施例中，钢壳混凝土脱空检测结果是将所有的检测点进行排列(如图3所示)，然而，在进行锤击时，无法保证激振力完全一致，因此，只有进行归一化处理后，所有结果保持同样的量纲和同样的振动量级，这样才能将每个检测点的结果画在同一个检测面上来表示脱空结果。将所有检测点的结果统一为相同数量级量纲，解决了因激励源激振力大小不同造成的结果差异。
S5、根据所述归一化后的自由振动波，建立质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系，其实现方法如下：
S501、对归一化后的自动振动波进行时间内积分处理，得到质能强度函数；
S502、根据所述质能强度函数，计算得到厚钢壳混凝土的脱空高度；
S503、将所述厚钢壳混凝土的脱空高度与实际厚钢壳混凝土的脱空高度进行拟合修正；
S504、根据拟合修正结果，对厚钢壳混凝土中脱空位置处的脱空面积进行积分计算，并将计算结果与厚钢壳混凝土实际的脱空面积进行修正，得到修正后的脱空面积，完成质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标关系的建立；
本实施例中，根据自由振动信号进行时间内积分，求得质能强度函数。
Figure BDA0002957862930000103
其中，I(k)表示质能强度函数，Δt表示时间间隔，k表示自由振动采集时，数据的采样点数，
Figure BDA0002957862930000104
第i个点的数值，i表示采样点的编号(从1到k)。
脱空高度的计算按照下式：
d＝aI3-bI2+cI
其中，d表示厚钢壳混凝土的脱空高度，I表示响应强度指标，a、b和c表示系数。
本实施例中，将采集软件获取的模型试验待检测位置处的钢板表面自由振动信号进行滤波降噪处理后，带入上式计算测点的质能强度值，并将计算值I(k)带入脱空高度预测模型，计算该位置处的脱空高度值。将该计算脱空高度值与试验模型中实际脱空高度值进行拟合修正。
本实施例中，脱空面积的计算按照下列计算：根据脱空高度预测模型的结果，对存在脱空位置处的脱空面积进行积分计算，并将计算结果与试验模型中实际的脱空面积进行对比分析，对面积计算模型进行修正：
Ac＝∫∫ψ(x,y)dxdy
＝ψ(x1,y1)Δs+ψ(x2,y2)Δs+...+ψ(xn,yn)Δs
＝A1+A2+...+An
其中，Ac表示检测区域内厚钢壳混凝土的脱空面积计算值，ψ(x,y)表示不同测点位置处脱空面积判别函数，
Figure BDA0002957862930000111
x和y表示测点的纵横坐标，其下标为测点编号(1,2,…n)，Δs表示测线的测线网格大小，由步骤S1确定，An表示测点n处的脱空面积，则修正系数为：
α＝Am/Ac
其中，Am表示厚钢壳混凝土的实际脱空面积测量值，Ac表示厚钢壳混凝土的脱空面积计算值，α为修正系数，可由多个脱空缺陷样本数据计算得其均值
Figure BDA0002957862930000112
则修正后的面积计算表达式为
Figure BDA0002957862930000113
S6、将质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系进行展示，完成对厚钢壳混凝土的脱空质能检测。
本发明通过以上设计，实现了钢壳混凝土脱空检测自动化数据获取、数据处理、脱空(区域、面积、高度)判定以及结果的展示。
下面以下例对本发明作进一步说明。深中通道是世界级超大的“桥、岛、隧、地下互通”集群工程，路线起于广深沿江高速机场互通立交，向西跨越珠江口，终于横门互通，全长24km。其中，沉管段长5035m,采用双向8车道，设计时速100公里、设计使用寿命100年。三明治结构沉管隧道钢壳由内外面板、横纵隔板、横纵加劲肋以及抗剪焊钉组成。内、外面板为受弯主要构件，横纵隔板为受剪主要构件，且连接内外面板成为受力整体，并形成混凝土浇筑独立隔舱，纵向加劲肋采用T型钢及角钢，其与焊钉主要作为抗剪连接件，隔舱顶部还有预留浇筑孔和排气孔。整个钢壳构造复杂，要精确检测钢壳混凝土的浇筑质量，准确识别出钢板下的脱空缺陷。如图3所示，通过本方法的84个开盖位置的开盖情况进行了详细的拍照、记录与测量，并与开盖之前提交的检测结果进行对比分析主要结论为脱空位置符合率为94.6％；脱空面积符合率87.5％，脱空高度符合率为86％，模型验证表明，使用本方法能取得突破性研究进展，能够满足工程应用。

Claims (8)

1.一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统，其特征在于，包括网格划分模块、数据采集模块、滤波模块、归一化模块、质能分析模块以及展示模块；
所述网格划分模块，用于对厚钢壳混凝土进行网格划分，确定检测区域；
所述数据采集模块，用于利用敲击锤在检测区域上施加冲击荷载，激发弹性振动波，并根据激发的弹性振动波，利用传感器获取检测区域的钢板表面自由振动波；
所述滤波模块，用于对钢板表面自由振动波进行分解与滤波处理，消除噪声；
所述归一化模块，用于对消除噪声后的自动振动波进行归一化处理，得到归一化后的自由振动波；
所述质能分析模块，用于根据所述归一化后的自由振动波，建立质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系；
所述展示模块，用于将质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系进行展示，完成对厚钢壳混凝土的脱空质能检测。
2.根据权利要求1所述的厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括采集控制单元、敲击锤和传感器；
所述敲击锤，用于在待检测位置施加冲击荷载，激发弹性振动波；
所述传感器，用于根据激发的弹性振动波，获取检测区域的钢板表面自由振动波，并传输至采集控制单元；
所述采集控制单元，用于将接收的自由振动波传输至滤波模块。
3.一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对厚钢壳混凝土进行网格划分，确定检测区域；
S2、利用敲击锤在检测区域上施加冲击荷载，激发弹性振动波，并根据激发的弹性振动波，利用传感器获取检测区域的钢板表面自由振动波；
S3、对钢板表面自由振动波进行分解与滤波处理，消除噪声；
S4、对消除噪声后的自动振动波进行归一化处理，得到归一化后的自由振动波；
S5、根据所述归一化后的自由振动波，建立质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系；
S6、将质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系进行展示，完成对厚钢壳混凝土的脱空质能检测。
4.根据权利要求3所述的厚钢壳混凝土的脱空质能检测方法，其特征在于，所述步骤S4中包括以下步骤：
S401、根据消除噪声后的自动振动波，计算得到冲击下检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，其表达式如下：
Figure RE-FDA0003020571680000021
其中，y(t)表示冲击下检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，y(0)表示厚钢壳混凝土结构的初始位移，D(t)表示初始速度为0的自由振动反应，
Figure RE-FDA0003020571680000023
表示厚钢壳混凝土结构的初始速度，V(t)表示初始位移为0和初始速度为1时的自由振动反应，h(t)表示结构单位脉冲响应函数，f(τ)表示均值为0的平稳随机激励，τ表示积分符号；
S402、选择振幅为1的样本截取所述位移反应，得到时刻列表ti(ti＝1,2,3,...,n)，并计算得到自ti时刻开始的检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，n表示总的时刻数，其表达式如下：
Figure RE-FDA0003020571680000022
其中，y(t-ti)表示自ti时刻开始的位移反应，y(ti)表示厚钢壳混凝土结构ti时刻的位移反应，D(t-ti)表示自ti时刻的自由振动反应，V(t-ti)表示自ti时刻开始初始位移为0和初始速度为1时的自由振动反应；
S403、将自ti时刻开始的检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应的时间起始点移至坐标原点，并计算得到自由振动波形函数：
Figure RE-FDA0003020571680000031
其中，xi(t)自由振动波形函数，AD(t)表示初始位移为A，初始速度为0的自由振动反应；
S404、统计自由振动波形函数的平均值，得到归一化后的自由振动波：
Figure RE-FDA0003020571680000032
其中，
Figure RE-FDA0003020571680000033
表示归一化后的自由振动波。
5.根据权利要求3所述的厚钢壳混凝土的脱空质能检测方法，其特征在于，所述步骤S5中包括以下步骤：
S501、对归一化后的自动振动波进行时间内积分处理，得到质能强度函数；
S502、根据所述质能强度函数，计算得到厚钢壳混凝土的脱空高度；
S503、将所述厚钢壳混凝土的脱空高度与实际厚钢壳混凝土的脱空高度进行拟合修正；
S504、根据拟合修正结果，对厚钢壳混凝土中脱空位置处的脱空面积进行积分计算，并将计算结果与厚钢壳混凝土实际的脱空面积进行修正，得到修正后的脱空面积，完成质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标关系的建立。
6.根据权利要求5所述的厚钢壳混凝土的脱空质能检测方法，其特征在于，所述步骤S501中质能强度函数的表达式如下：
Figure RE-FDA0003020571680000034
其中，I(k)表示质能强度函数，Δt表示时间间隔，k表示自由振动采集时数据的采样点数，
Figure RE-FDA0003020571680000041
表示第i个采样点的数值，i表示采样点的编号，且i＝1,2,3,...,k。
7.根据权利要求5所述的厚钢壳混凝土的脱空质能检测方法，其特征在于，所述步骤S502中厚钢壳混凝土的脱空高度的表达式如下：
d＝aI3-bI2+cI
其中，d表示厚钢壳混凝土的脱空高度，I表示响应强度指标，a、b和c表示常数。
8.根据权利要求5所述的厚钢壳混凝土的脱空质能检测方法，其特征在于，所述步骤S504中厚钢壳混凝土中脱空位置处的脱空面积表达式如下：
Ac＝∫∫ψ(x,y)dxdy
＝ψ(x1,y1)Δs+ψ(x2,y2)Δs+...+ψ(xn,yn)Δs
＝A1+A2+...+An
Figure RE-FDA0003020571680000042
其中，Ac表示检测区域内厚钢壳混凝土的脱空面积，ψ(x,y)表示不同测点位置处脱空面积判别函数，x和y表示测点的纵横坐标，xn和yn均表示测点的纵横坐标中第n个测点，Δs表示测线的测线网格大小，An表示测点n处的脱空面积，d表示厚钢壳混凝土的脱空高度；
所述进行修正的修正系数表达式如下：
α＝Am/Ac
其中，Am表示厚钢壳混凝土的实际脱空面积测量值，Ac表示厚钢壳混凝土的脱空面积计算值，α为修正系数；
所述修正后的脱空面积的表达式如下：
Figure RE-FDA0003020571680000043
其中，A'c表示修正后的脱空面积，
Figure RE-FDA0003020571680000044
表示若干个脱空缺陷样本数据计算的均值。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115616078A (zh) * 2022-10-19 2023-01-17 广西大学 一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法
CN118500945A (zh) * 2024-07-12 2024-08-16 中国建筑第五工程局有限公司 一种高精度的混凝土配方测试用强度检测装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102759744A (zh) * 2012-06-20 2012-10-31 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院 洞室钢衬混凝土脱空厚度的检测方法
CN108548868A (zh) * 2018-03-01 2018-09-18 上海交通大学 钢壳混凝土结构缺陷检测方法、系统及装置与存储介质
CN111487315A (zh) * 2020-04-17 2020-08-04 四川陆通检测科技有限公司 一种隧道衬砌厚度和脱空的声频无损检测方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102759744A (zh) * 2012-06-20 2012-10-31 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院 洞室钢衬混凝土脱空厚度的检测方法
CN108548868A (zh) * 2018-03-01 2018-09-18 上海交通大学 钢壳混凝土结构缺陷检测方法、系统及装置与存储介质
CN111487315A (zh) * 2020-04-17 2020-08-04 四川陆通检测科技有限公司 一种隧道衬砌厚度和脱空的声频无损检测方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115616078A (zh) * 2022-10-19 2023-01-17 广西大学 一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法
CN115616078B (zh) * 2022-10-19 2024-05-07 广西大学 一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法
CN118500945A (zh) * 2024-07-12 2024-08-16 中国建筑第五工程局有限公司 一种高精度的混凝土配方测试用强度检测装置

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