CN114280154A - 一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法 - Google Patents

一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明专利公开了一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法，具体涉及桥梁工程质量检测技术领域。包括如下步骤：设置多个信号激发点和信号采集点；进行信号采样，信号激发点和采样点之间的距离记为振检距，将所有的采样信号按照振检距的值依次顺序排列，形成共中心点采样数据；对共中心点采样数据进行一维频率域低通滤波，再进行二维频率‑波数滤波；将上述数据转化为叠加速度谱；选取叠加速度谱中时间轴上的前两个能量团，得到其峰值对应的叠加速度和反射时间；将叠加速度和反射时间转化为反射层的层速度和层深度。采用本发明技术方案解决了现有的检测方法数据采集量小、精度低的问题，可用于提高管道灌浆密实度检测的精确性。

Description

一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程质量检测技术领域，特别涉及一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法。
背景技术
随着桥梁工程技术的发展，预应力结构因其质量轻、跨度长等优点而广泛应用于桥梁工程建设。预应力结构管道灌浆是预应力施工中的重要内容，完整的管道灌浆可以对预应力钢绞线起到很好的保护作用。若灌浆存在缺陷则会导致钢绞线被腐蚀，甚至断裂，进而严重影响结构的安全性和使用寿命。因此，在桥梁建设和后期维护的过程中，针对预应力管道灌浆密实度的检测具有非常重要的意义。
目前，预应力管道灌浆密实度检测方法主要采用冲击回波法等基于弹性波的反射信号法。该方法通过在预应力结构中激发和采集弹性波信号，从信号的规律中总结出管道灌浆缺陷的具体信息。这类方法主要存在着采样数据量小、检测结果精度不高、主观人为因素影响较大等缺点。
发明内容
本发明意在提供一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法，解决了现有的检测方法数据采集量小、精度低的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法，包括如下步骤：
S1、在预应力管道所在位置的混凝土表面，以被检测点为中心，等间距、对称地设置多个信号激发点和信号采集点；并沿预应力管道方向按照S1，…，Sn，M，Dn，…，D1的顺序排列，其中S1，…，Sn为信号激发点，M为检测点，Dn，…，D1为信号采集点；
S2、以检测点为中心，依次、对称地进行信号采样，并按照S1—D1，S2—D2，…，Sn—Dn的顺序进行采样，每一次采样记为一个采样信道，信号激发点和采样点之间的距离X1，…，Xn记为振检距，将所有采样信道的采样信号按照振检距的值依次顺序排列，形成二维数据矩阵U1(X，t)，二维数据矩阵记为共中心点采样数据，其中，U1为采样信号振幅，X为采样信道振检距，t为采样时间；
S3、对共中心点采样数据中每个采样信道的数据进行一维频率域低通滤波，形成一维滤波数据矩阵U2(X，t)，一维滤波数据矩阵记为一维滤波数据，其中，U2为一维滤波后信号振幅，X为采样信道振检距，t为采样时间；
S4、对一维滤波数据进行二维频率-波数滤波，形成二维滤波数据矩阵U3(X，t)，二维滤波数据矩阵为二维滤波数据，其中，U3为二维滤波后信号振幅，x为采样信道振检距，t为采样时间；
S5、将二维滤波数据转化为叠加速度谱A(tr，Va)，其中，A为叠加振幅，tr为反射时间，Va为叠加速度；
S6、选取叠加速度谱中时间轴上的前两个能量团，记第一个能量团峰值对应的叠加速度为Va1、反射时间为tr1，记第二个能量团峰值对应的叠加速度为Va2、反射时间为tr2；
S7、将叠加速度和反射时间转化为第一个反射层的层速度Vb1和层深度hr1、以及第二个反射层的层速度Vb2和层深度hr2。
进一步的，步骤S5中叠加速度谱A(tr，Va)的制作过程如下：
S5.1、给定叠加速度序列的初值为Vab＝v1，序列长度为L，速度增量为Δν，叠加速度序列的终值为Vae＝v1+(L-1)Δv；
S5.2、给定反射时间序列的初值为trb＝t1，序列长度为T，时间增量为Δt，反射时间序列的终值为tre＝t1+(T-1)Δt；
S5.3、令tτ＝trb，计算tτ时刻的速度谱线Ab(trb,Va)；
S5.4、改变tτ的值，令tτ＝trb+(τ-1)Δt，τ＝1,2，…,T，将tτ代回步骤S5.3，计算该时刻下的速度谱线Aτ(tτ,Va)；
S5.5、重复步骤S5.3和步骤S5.4，直至tτ＝tre为止，得到Ab(trb,Va)—Ae(tre,Va)各时刻的速度谱线，将各时刻的速度谱线按时间顺序排列，得到叠加速度谱线。
进一步的，步骤S5.3中trb时刻的速度谱线Ab(trb,Va)的制作过程如下：
S5.3.1、令t0＝trb，给定叠加速度序列的范围Vaj＝Vab+(j-1)Δv，j＝1,2，…，L；
S5.3.2、计算各采样信道的校正时间
Figure BDA0003422922390000021
S5.3.3、在采样的N个信道上按tij读取振幅，然后求和取平均；
S5.3.4、设时窗长度为S，在时窗内求和
Figure BDA0003422922390000031
S5.3.5、改变vj的值，令vj＝vj+Δv，代回步骤S5.3.2，直到vj＝Vae为止；
S5.3.6、将Aj按叠加速度vj进行排列，得到t0＝trb时刻的速度谱线Ab(trb,Va)。
进一步的，步骤S7中反射层的层速度、层深度与步骤S6中的叠加速度、反射时间的关系为：
Vb1＝Va1,
Figure BDA0003422922390000032
Figure BDA0003422922390000033
进一步的，步骤S7得到的反射层速度Vb1、Vb2和反射层深度hr1、hr2为检测中心下方预应力管道内灌浆料的物理特性(波速)和几何位置的检测结果。
进一步的，在混凝土结构表面沿预应力管道的方向设置多个检测中心位置，记为M1，M2，…，Mm，依次对各个检测中心位置采用所述叠加成像检测方法进行检测；将所有检测结果按顺序排列，得到M1—Mm区域内的管道灌浆密实度分布。
与现有技术相比，本方案的有益效果：
本方案可以得到检测位置处缺陷的物理特性和深度信息，检测结果更加直观；在沿着预应力管道的纵向方向上，检测位置的纵向检测间隔可以根据实际情况进行调节。检测间隔越小，检测结果的纵向分辨率越高；避免了人为因素对检测结果的影响，同时借助多样本数据可提高检测结果的精度。
附图说明
图1是本方案一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法的示意图；
图2是本实施例中二维数据矩阵U1(X，t)的示意图；
图3是本实施例中一维滤波数据矩阵U2(X，t)的示意图；
图4是本实施例中二维滤波数据矩阵U3(X，t)的示意图；
图5是本实施例中的叠加速度谱的示意图；
图6是本实施例中第一个反射层的叠加速度和反射时间的示意图；
图7是本实施例中第二个反射层的叠加速度和反射时间的示意图；
图8是本实施例中密实度缺陷纵向检测结果图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例
一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法，包括如下步骤：
S1、如附图1所示，在预应力管道所在位置的混凝土表面，以被检测点为中心，等间距、对称地设置多个信号激发点和信号采集点；并沿预应力管道方向按照S1，…，Sn，M，Dn，…，Dn的顺序排列，其中S1，…，Sn为信号激发点，M为检测点，Dn，…，D1为信号采集点。
S2、如附图2所示，以检测点为中心，依次、对称地进行信号采样，并按照S1—D1，S2—D2，…，Sn—Dn的顺序进行采样，每一次采样记为一个采样信道，信号激发点和采样点之间的距离X1，…，Xn记为振检距，将所有采样信道的采样信号按照振检距的值依次顺序排列，形成二维数据矩阵U1(X，t)，二维数据矩阵记为共中心点采样数据，其中，U1为采样信号振幅，X为采样信道振检距，t为采样时间。
S3、如附图3所示，对共中心点采样数据中每个采样信道的数据进行一维频率域低通滤波，形成一维滤波数据矩阵U2(X，t)，一维滤波数据矩阵记为一维滤波数据，其中，U2为一维滤波后信号振幅，X为采样信道振检距，t为采样时间。
S4、如附图4所示，对一维滤波数据进行二维频率-波数滤波，形成二维滤波数据矩阵U3(X，t)，二维滤波数据矩阵为二维滤波数据，其中，U3为二维滤波后信号振幅，X为采样信道振检距，t为采样时间。
S5、如附图5所示，将二维滤波数据转化为叠加速度谱A(tr，Va)，其中，A为叠加振幅，tr为反射时间，Va为叠加速度。
上述的叠加速度谱A(tr，Va)的制作过程如下：
S5.1、给定叠加速度序列的初值为Vab＝v1，序列长度为L，速度增量为Δv，叠加速度序列的终值为Vae＝v1+(L-1)Δv。
S5.2、给定反射时间序列的初值为trb＝t1，序列长度为T，时间增量为Δt，反射时间序列的终值为tre＝t1+(T-1)Δt。
S5.3、令tτ＝trb，计算tτ时刻的速度谱线Ab(trb,Va)。
其中trb时刻的速度谱线Ab(trb,Va)的制作过程如下：
S5.3.1、令t0＝trb，给定叠加速度序列的范围Vaj＝Vab+(j-1)Δv，j＝1,2，…，L；
S5.3.2、计算各采样信道的校正时间
Figure BDA0003422922390000051
S5.3.3、在采样的N个信道上按tij读取振幅，然后求和取平均；
S5.3.4、设时窗长度为S，在时窗内求和
Figure BDA0003422922390000052
S5.3.5、改变vj的值，令vj＝vj+Δv，代回步骤S5.3.2，直到vj＝Vae为止；
S5.3.6、将Aj按叠加速度vj进行排列，得到t0＝trb时刻的速度谱线Ab(trb,Va)。
S5.4、改变tτ的值，令tτ＝trb+(τ-1)Δt，τ＝1,2，…,T，将tτ代回步骤S5.3，计算该时刻下的速度谱线Aτ(tτ,Va)。
S5.5、重复步骤S5.3和步骤S5.4，直至tτ＝tre为止，得到Ab(trb,Va)—Ae(tre,Va)各时刻的速度谱线，将各时刻的速度谱线按时间顺序排列，得到叠加速度谱线。
S6、如附图6和7所示，选取叠加速度谱中时间轴上的前两个能量团，记第一个能量团峰值对应的叠加速度为Va1、反射时间为tr1，记第二个能量团峰值对应的叠加速度为Va2、反射时间为tr2。
S7、将叠加速度和反射时间转化为第一个反射层的层速度Vb1和层深度hr1、以及第二个反射层的层速度Vb2和层深度hr2。
其中，反射层的层速度、层深度与叠加速度、反射时间的关系为：
Vb1＝Va1,
Figure BDA0003422922390000053
Figure BDA0003422922390000054
反射层速度Vb1、Vb2和反射层深度hr1、hr2为检测中心下方预应力管道内灌浆料的物理特性(波速)和几何位置的检测结果。
S8、如附图8所示，在混凝土结构表面沿预应力管道的方向设置多个检测中心位置，记为M1，M2，…，Mm，依次对各个检测中心位置采用上述的叠加成像检测方法进行检测；将所有检测结果按顺序排列，得到M1—Mm区域内的管道灌浆密实度分布。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、在预应力管道所在位置的混凝土表面，以被检测点为中心，等间距、对称地设置多个信号激发点和信号采集点；并沿预应力管道方向按照S1，…，Sn，M，Dn，…，D1的顺序排列，其中S1，…，Sn为信号激发点，M为检测点，Dn，…，D1为信号采集点；
S2、以检测点为中心，依次、对称地进行信号采样，并按照S1—D1，S2—D2，…，Sn—Dn的顺序进行采样，每一次采样记为一个采样信道，信号激发点和采样点之间的距离X1，…，Xn记为振检距，将所有采样信道的采样信号按照振检距的值依次顺序排列，形成二维数据矩阵U1(X，t)，二维数据矩阵记为共中心点采样数据，其中，U1为采样信号振幅，X为采样信道振检距，t为采样时间；
S3、对共中心点采样数据中每个采样信道的数据进行一维频率域低通滤波，形成一维滤波数据矩阵U2(X，t)，一维滤波数据矩阵记为一维滤波数据，其中，U2为一维滤波后信号振幅，X为采样信道振检距，t为采样时间；
S4、对一维滤波数据进行二维频率-波数滤波，形成二维滤波数据矩阵U3(X，t)，二维滤波数据矩阵为二维滤波数据，其中，U3为二维滤波后信号振幅，X为采样信道振检距，t为采样时间；
S5、将二维滤波数据转化为叠加速度谱A(tr，Va)，其中，A为叠加振幅，tr为反射时间，Va为叠加速度；
S6、选取叠加速度谱中时间轴上的前两个能量团，记第一个能量团峰值对应的叠加速度为Va1、反射时间为tr1，记第二个能量团峰值对应的叠加速度为Va2、反射时间为tr2；
S7、将叠加速度和反射时间转化为第一个反射层的层速度Vb1和层深度hr1、以及第二个反射层的层速度Vb2和层深度hr2。
2.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法，其特征在于：步骤S5中叠加速度谱A(tr，Va)的制作过程如下：
S5.1、给定叠加速度序列的初值为Vab＝v1，序列长度为L，速度增量为Δν，叠加速度序列的终值为Vae＝v1+(L-1)Δv；
S5.2、给定反射时间序列的初值为trb＝t1，序列长度为T，时间增量为Δt，反射时间序列的终值为tre＝t1+(T-1)Δt；
S5.3、令tτ＝trb，计算tτ时刻的速度谱线Ab(trb,Va)；
S5.4、改变tτ的值，令tτ＝trb+(τ-1)Δt，τ＝1,2，…,T，将tτ代回步骤S5.3，计算该时刻下的速度谱线Aτ(tτ,Va)；
S5.5、重复步骤S5.3和步骤S5.4，直至tτ＝tre为止，得到Ab(trb,Va)—Ae(tre,Va)各时刻的速度谱线，将各时刻的速度谱线按时间顺序排列，得到叠加速度谱线。
3.根据权利要求2所述的一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法，其特征在于：步骤S5.3中trb时刻的速度谱线Ab(trb,Va)的制作过程如下：
S5.3.1、令t0＝trb，给定叠加速度序列的范围Vaj＝Vab+(j-1)Δv，j＝1,2，…，L；
S5.3.2、计算各采样信道的校正时间
Figure FDA0003422922380000021
S5.3.3、在采样的N个信道上按tij读取振幅，然后求和取平均；
S5.3.4、设时窗长度为S，在时窗内求和
Figure FDA0003422922380000022
S5.3.5、改变vj的值，令vj＝vj+Δv，代回步骤S5.3.2，直到vj＝Vae为止；
S5.3.6、将Aj按叠加速度vj进行排列，得到t0＝trb时刻的速度谱线Ab(trb,Va)。
4.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法，其特征在于：步骤S7中反射层的层速度、层深度与步骤S6中的叠加速度、反射时间的关系为：
Vb1＝Va1,
Figure FDA0003422922380000023
Figure FDA0003422922380000024
5.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法，其特征在于：步骤S7得到的反射层速度Vb1、Vb2和反射层深度hr1、hr2为检测中心下方预应力管道内灌浆料的物理特性(波速)和几何位置的检测结果。
6.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土管道灌浆密实度叠加成像检测方法，其特征在于：在混凝土结构表面沿预应力管道的方向设置多个检测中心位置，记为M1，M2，…，Mm，依次对各个检测中心位置采用所述叠加成像检测方法进行检测；将所有检测结果按顺序排列，得到M1—Mm区域内的管道灌浆密实度分布。
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CN114280154B (zh) 2023-08-18

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