CN113914387B - 用于海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法，是通过平测法在导管架基础水下灌浆连接段外侧进行声波检测，将接收到的原始信号进行数据处理，对时域信号进行平滑、降噪处理得到数据处理后声波信号的时域图，再从时域图中提取特征参数得到时能值Ea，以此来计算能量散射系数β，从而判断水下灌浆连接段内部是否存在空洞。本发明提出的海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法，操作简单、检测效率高，为海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测提供了准确、便捷、快速的测量方法。
Description
技术领域
本发明属于海上风电工程检测技术领域，尤其涉及一种海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法。
背景技术
目前陆上风电发展逐渐饱和，海上风电成为了风电发展的新出路。我国海上风能资源十分丰富，近年来海上风电装机数量逐年增长。随着海上风电不断向深水化发展，导管架基础越来越多的被采用。灌浆连接段将导管架与钢管桩连接成为一个整体，起到了过渡连接的作用，而这里往往是整个基础的关键。内部灌浆质量影响灌浆连接段结构之间的粘结力，直接关系到风电基础整体的安全，因此对其进行检测十分有必要。
在结构内部缺陷的检测方法中，声波检测作为一种有效的无损检测方法被广泛应用。声波法具有激发容易、检测工艺简单、操作方便等优点。有关研究人员用声波技术检测到了模拟水下导管架装置中预留的缺陷，水下结构物表面裂纹和位置等，而对于水下结构内部缺陷检测的研究不多，在实际工程中，海上风电导管架基础灌浆连接段位于水下，准确的在水下准确的检测出其内部缺陷是急需解决的问题。
发明内容
针对现存的技术问题，本发明提供一种海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法，可以准确判断海上风电导管架基础水下灌浆连接段内部空洞位置。
为了解决现存技术问题，本发明提出的用于海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法，是通过在导管架基础水下灌浆连接段外侧进行声波检测，将接收到的原始信号进行数据处理后所得时域图中提取一次波和完整波的时量值Ea，以此来计算能量散射系数β，从而判断水下灌浆连接段内部是否存在空洞。
上述方法包括如下步骤：
步骤a)根据平测法要求在待测水下灌浆连接段外侧激发应力波，接收待测水下灌浆连接段结构内部反射的原始声波信号；
步骤b)将步骤a)所得原始声波信号进行平滑、降噪处理，得到数据处理后声波信号的时域图；
步骤c)提取步骤b)所得声波信号时域图一次波和完整波对应的时间，通过公式(1)计算时能值Ea：
其中，时能值Ea为声波信号在tn秒内产生的能量，A(t)是声波信号时域图的变化曲线，如图7所示，tn是在导管架基础水下灌浆连接段外侧进行声波检测的某一时刻；
步骤d)将步骤c)所得时能值Eao和Eai带入公式(2)计算能量散射系数β：
其中，to是声波信号在叠加波到达之前，一次波的截止时间，ti是完整声波信号截止时间，Eao是叠加波到达之前，一次波时间段的能量，Eai为完整波时间段的能量，能量散射系数β为在水下灌浆连接段中声波信号在t0秒内产生的能量与ti秒内产生的能量之比；
步骤e)对待测水下灌浆连接段重复步骤a)～d)，将得到的待测水下灌浆连接段与密实水下灌浆连接段能量散射系数β对比，判断待测水下灌浆连接段内部是否存在空洞：当待测水下灌浆连接段能量散射系数明显小于密实水下灌浆连接段能量散射系数时，可判断待测水下灌浆连接段存在空洞。
优选地，步骤a)中激发的应力波频率为100kHz。
优选地，步骤a)中激发端与接收端距离为6cm。
与现有技术相比，本发明提供的用于海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法，是通过平测法在导管架基础水下灌浆连接段外侧进行声波检测，将接收到的原始信号进行数据处理，对时域信号进行平滑、降噪处理，再从时域图中提取一种基于时域信号的特征参数，将该参数定义为能量散射系数β，将待测位置与无缺陷位置散射系数β对比，判断待测水下灌浆连接段内部是否存在空洞：当待测水下灌浆连接段能量散射系数明显小于密实水下灌浆连接段能量散射系数时，可判断待测水下灌浆连接段存在空洞。
值得一提的是，本发明采用平测法对海上风电导管架基础水下灌浆连接段进行检测，考虑到了实际情况中，待测面只有一面的情况，实际应用性较强。
本发明提出的海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法，操作简单、检测效率高，为海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测提供了准确、便捷、快速的测量方法。
本发明的优点在于：
1、本发明通过测定能量散射系数即可判断水下灌浆连接段内部是否存在空洞，克服了现有技术难以判断水下结构内部空洞位置，为检测海上风电导管架基础水下灌浆连接段质量提供了依据；
2、本发明通过将时域信号的不同时间段的比值定义为“能量散射系数β”，通过比较待测位置与无缺陷位置能量散射系数β的值，判断是否存在空洞，结果直观明了。
3、本发明提出的能量散射系数是一无量纲参数，能够有效地消除外部因素的干扰，如人工测量误差，测量结果准确。
附图说明：
图1为实施例1中海上风电导管架基础水下灌浆连接段局部结构几何模型图；
图2为实施例1中海上风电导管架基础水下灌浆连接段局部结构灌浆模型图；
图3为实施例1中海上风电导管架基础水下灌浆连接段局部结构声波检测示意图；
图4为实施例1中海上风电导管架基础水下灌浆连接段局部结构灌浆实物图；
图5为实例1中实测得到的原始数据波形图；
图6a为对实例1中测得原始声波信号进行平滑、降噪处理后得到的声波信号完整时域图；
图6b为对实例1中测得原始声波信号进行平滑、降噪处理后得到的声波信号局部时域图；
图7是声波信号时域图的变化曲线A(t)；
图8为实例1中实测得到的海上风电导管架基础水下灌浆连接段灌浆密实和有空洞的β值对比图。
具体实施方式：
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步具体说明。
实施例1实验模型验证
(1)本发明人设计了适当简化的海上风电导管架基础水下灌浆连接段局部结构模型，如图1所示。
(2)采用高强度自密实微膨胀水泥基灌浆料，对设计模型进行灌浆，在灌浆连接段设置不同大小(d＝2.5cm和d＝5cm)、不同位置空洞，见图2～图4。
(3)采用课题组研发的TH204型多功能声波参数测试仪进行检测，通过TH防水压电换能器激发和接收应力波。
(4)以3号空洞为例，在结构模型外侧选取6对测点，分别位于满灌浆和3号空洞位置，测点距离为6cm，用平测法进行检测，得到原始数据，原始数据波形图如图5。
(5)将测得的原始声波信号进行平滑、降噪处理，得到数据处理后声波信号的时域图，如图6a和图6b；
(6)提取步骤(5)所得声波信号时域图中一次波和完整波对应的时间，通过公式(1)计算时能值Eao和Eai，再将所得时能值Eao和Eai带入公式(2)计算能量散射系数β，β计算结果见表1，数据对比结果见图8。
其中，时能值Ea为声波信号在某一时间段的能量，A(t)是声波信号时域图的变化曲线，如图7所示，tn是某一时间，to是声波信号在叠加波到达之前，一次波的截止时间，ti是完整声波信号截止时间，能量散射系数β为声波信号在两个时间段的能量比，Eao叠加波到达之前，一次波时间段的能量，Eai为完整波时间段的能量。
表1
| <![CDATA[灌浆空洞β<sub>i</sub>]]> | <![CDATA[灌浆密实β<sub>0</sub>]]> |
| 0.65236 | 0.69055 |
| 0.63866 | 0.68885 |
| 0.65528 | 0.75336 |
由表1和图8可知，当水下灌浆连接段灌浆密实时，β值较大，当存在空洞时，β值较小，两者差异明显，可直观准确判断检测结果。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (4)
1.一种海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法，其特征在于，通过在导管架基础水下灌浆连接段外侧进行声波检测，将接收到的原始信号进行数据处理，对时域信号进行平滑、降噪处理，得数据处理后声波信号的时域图，分别从时域图中提取一次波和完整波的时量值Ea，再将时量值Ea带入公式(2)计算待测水下灌浆连接段的能量散射系数βi，将所得能量散射系数βi与密实水下灌浆连接段能量散射系数β0对比，从而判断水下灌浆连接段内部是否存在空洞：
其中，to是声波信号在叠加波到达之前，一次波的截止时间，ti是完整声波信号截止时间，Eao是叠加波到达之前，一次波时间段的能量，Eai为完整波时间段的能量，能量散射系数β为在水下灌浆连接段中声波信号在t0秒内产生的能量与ti秒内产生的能量之比。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a)根据平测法要求在待测水下灌浆连接段外侧激发应力波，接收待测水下灌浆连接段结构内部反射的原始声波信号；
步骤b)将步骤a)所得原始声波信号进行平滑、降噪处理，得到数据处理后声波信号的时域图；
步骤c)提取步骤b)所得声波信号时域图一次波和完整波对应的时间，通过公式(1)计算时能值Ea：
其中，时能值Ea为声波信号在tn秒内产生的能量，A(t)是声波信号时域图的变化曲线，tn是在导管架基础水下灌浆连接段外侧进行声波检测的某一时刻；
步骤d)将步骤c)所得时能值Eao和Eai带入公式(2)计算能量散射系数β；
步骤e)对待测水下灌浆连接段重复步骤a)～d)，将得到的待测水下灌浆连接段与密实水下灌浆连接段能量散射系数β对比，判断待测水下灌浆连接段内部是否存在空洞：当待测水下灌浆连接段能量散射系数明显小于密实水下灌浆连接段能量散射系数时，可判断待测水下灌浆连接段存在空洞。
3.根据权利要求2所述的一种海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法，其特征在于，步骤a)中激发的应力波频率为100kHz。
4.根据权利要求2所述的一种海上风电导管架基础水下灌浆连接段缺陷的检测方法，其特征在于，步骤a)中激发端与接收端距离为6cm。
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