关于裂缝深度测试讨论7.18

1、关于单面平测法裂缝深度测试的讨论2/总页数6第一部分 测试仪器第二部分 测试现场的条件要求第三部分 现场测试过程第四部分 测试数据的计算第五部分 测试结果的判定第六部分 讨论目 录 2/6/总页数63一、测试仪器图图1.1、非金属超声检测仪、非金属超声检测仪图图1.2、厚度振动式换能器、厚度振动式换能器图图1.1图图1.24/总页数6二、测试现场的条件要求1、依据检测要求和测试操作条件，确定缺陷测试的部位依据检测要求和测试操作条件，确定缺陷测试的部位，简称测位简称测位。2、测位混凝土表面应干燥、清洁、平整，必要时可用砂轮磨平或用测位混凝土表面应干燥、清洁、平整，必要时可用砂轮磨平或用高强度的快

2、凝砂浆抹平，抹平砂浆必须与混凝土结合良好。高强度的快凝砂浆抹平，抹平砂浆必须与混凝土结合良好。3、换能器应通过耦合剂与混凝土测试表面保持紧密结合，耦合层内换能器应通过耦合剂与混凝土测试表面保持紧密结合，耦合层内不得夹杂泥砂或空气。不得夹杂泥砂或空气。4、检测时应避免超声传播露筋与附近钢筋轴线平行，如无法避免，检测时应避免超声传播露筋与附近钢筋轴线平行，如无法避免，应使两个换能器连线与该钢筋的最短距离不小于超声测距的应使两个换能器连线与该钢筋的最短距离不小于超声测距的1/6。5、当采用厚度震动式换能器平测时，宜用钢卷尺测量当采用厚度震动式换能器平测时，宜用钢卷尺测量T、R两换能器两换能器的内边缘

3、距离。的内边缘距离。 4/65/总页数6 1、不跨缝测量将发射和接收换能器放置在裂缝附近的同一侧，测试标距以两将发射和接收换能器放置在裂缝附近的同一侧，测试标距以两换能器内边缘间距（换能器内边缘间距（ ）等于）等于100、150、200、250mm分别读分别读取声时（取声时（ ），并作记录。），并作记录。 5/6三、现场测试过程 2、跨缝测量将发射和接收换能器分别放置在以测位裂缝走向为平面对称轴将发射和接收换能器分别放置在以测位裂缝走向为平面对称轴的两个对称点，测试标距以两换能器内边缘间距（的两个对称点，测试标距以两换能器内边缘间距（ ）等于）等于100、150、200、250mm，如图，如图

4、3.1所示，所示，移动换能器时注意首波相移动换能器时注意首波相位变化，位变化，分别读取声时（分别读取声时（ ） ，并作记录。，并作记录。/总页数6图图3.1 平测法裂缝深度测试平测法裂缝深度测试测点布置测点布置示意图（单位：示意图（单位：mm）三、现场测试过程/总页数6四、测试数据的计算1 1、不跨缝测试不跨缝测试数据的计算数据的计算根据不跨缝测量结果，绘制根据不跨缝测量结果，绘制“时时-距距”坐标图（坐标图（CECS 21：2000图图5.2.1-1）或用线性回归分析的方法，求出声时与测距之间的回归直线方）或用线性回归分析的方法，求出声时与测距之间的回归直线方程：程：每测点超声波实际传播距离

5、每测点超声波实际传播距离 为：为：式式1中中 第第i点的超声波实际传播距离点的超声波实际传播距离(mm)； 第第i点的点的R、T换能器内边缘间距换能器内边缘间距(mm)； a “时时-距距”图中图中 轴的截距或回归直线方程的常数项，轴的截距或回归直线方程的常数项， (mm)。/总页数68四、测试数据的计算不跨缝平测的混凝土声速值为：不跨缝平测的混凝土声速值为： 或或式式2中中 第第n点和第点和第1点间的测距点间的测距(mm)； 第第n点和第点和第1点读取的声时点读取的声时( s)； 回归系数回归系数/总页数69四、测试数据的计算规程规程CECS 21：2000中的线性回归中的线性回归“时时 -

6、 距距”图及裂图及裂缝深度计算的模型图如下：缝深度计算的模型图如下：/总页数610四、测试数据的计算2 2、跨缝测试跨缝测试数据的计算数据的计算如（如（CECS 21：2000图图5.2.1-2）所示，用）所示，用 值代替值代替 值，得到值，得到平测法测试裂缝深度近似计算公式：平测法测试裂缝深度近似计算公式：式式3、4中中 不跨缝平测时第不跨缝平测时第i点的超声波实际传播距离点的超声波实际传播距离(mm)； 第第i点计算的裂缝深度值点计算的裂缝深度值(mm)； 第第i点跨缝平测的声时值点跨缝平测的声时值( s)； 各点计算深度的平均值各点计算深度的平均值(mm)； n 测点数测点数/总页数61

7、1四、测试数据的计算3 3、计算过程常数、计算过程常数a a的意义的意义规程计算过程的常数规程计算过程的常数a，从式，从式 中可知，其量值为超声波中可知，其量值为超声波在混凝土中真实传播距离与测试所标测距之间的差值。在混凝土中真实传播距离与测试所标测距之间的差值。 可以分解为可以分解为a1、a2两个量，如下简单示意图：两个量，如下简单示意图： a1 超声波传递线路弧度引起的增量超声波传递线路弧度引起的增量 ； a2 换能器发射、接收起止点不明确引起的增量。换能器发射、接收起止点不明确引起的增量。 震 动式 换能 发射 器震 动式 换能 接收 器/总页数612四、测试结果的判定方法一方法一本方法

8、称为本方法称为“首波反相法首波反相法”。跨缝测量中，当在某测距发现首波反相时，可用该测距及相邻测距跨缝测量中，当在某测距发现首波反相时，可用该测距及相邻测距的测量值按式的测量值按式3计算值，取此计算值，取此3点的平均值作为该裂缝的深度值（点的平均值作为该裂缝的深度值（ ）。）。原理原理：激发弹性波（超声波、声波）信号在混凝土中传播，穿过裂：激发弹性波（超声波、声波）信号在混凝土中传播，穿过裂缝端点时产生衍射，其衍射角度与裂缝深度有一定几何关系。当发射点缝端点时产生衍射，其衍射角度与裂缝深度有一定几何关系。当发射点和接收点沿裂缝对称布置，从近到远逐步移动，当激振点与裂缝距离与和接收点沿裂缝对称布

9、置，从近到远逐步移动，当激振点与裂缝距离与裂缝深度相近时，接收信号的初始相位会发生反转，称为平面裂缝深度裂缝深度相近时，接收信号的初始相位会发生反转，称为平面裂缝深度测试的相位反转法测试的相位反转法，如果能准确找出相位变化的临界点，则在该点到裂，如果能准确找出相位变化的临界点，则在该点到裂缝的距离即为裂缝深度值。缝的距离即为裂缝深度值。实施难点：实施难点：当裂缝测试区域有过缝钢筋或裂缝局部当裂缝测试区域有过缝钢筋或裂缝局部“连通连通”时，经时，经常难以发现反相首波常难以发现反相首波/总页数613四、测试结果的判定方法二方法二本方法为声波反相法的补充。本方法为声波反相法的补充。跨缝测量中如难于发

10、现首波反相，则以不同测距按式跨缝测量中如难于发现首波反相，则以不同测距按式3、式、式4计算计算（ ）及其平均值（）及其平均值（ ） 。将各点测距。将各点测距 与与 相比较，凡测距小于相比较，凡测距小于 和和大于大于3 ，应剔除改组数据，然后取余下，应剔除改组数据，然后取余下 的平均值，作为该裂缝的深的平均值，作为该裂缝的深度值（度值（ ）。）。说明：说明：根据大量数据的经验计算，根据大量数据的经验计算，T、R换能器测距过小或远大于裂换能器测距过小或远大于裂缝深度，声时测试误差较大，缝深度，声时测试误差较大， 、 对计算裂缝深度影响较大，所以对两个对计算裂缝深度影响较大，所以对两个换能器的测距作

11、了限制。换能器的测距作了限制。/总页数614五、关于规程测试方法的讨论1 1、式式3 3近似计算中近似计算中 代替代替 对真实结果的影响对真实结果的影响下表某结构裂缝深度平测法下表某结构裂缝深度平测法实测数据实测数据:序号序号测距测距(mm)不跨缝声时不跨缝声时( us)( us)跨缝声时跨缝声时(us)(us)110027.243.2215038.848320051.268.4425063.676.4530076.588.6按照规程回归计算，按照规程回归计算，其结果其结果 ，计算深计算深度度（mm）如下：如下：序号序号1 12 23 34 45 5计算深度68.6756.3491.2685.

12、1191.73其平均深度其平均深度 =78.62，按要求需剔除测试标距为，按要求需剔除测试标距为250mm、300mm两组数据，取余下数据的平均值两组数据，取余下数据的平均值，则，则最终裂缝深度判定值最终裂缝深度判定值为为 = 72.08mm。/总页数615五、讨论规程规程计算模型中，用计算模型中，用 代替代替 进行计算，测试标距进行计算，测试标距为为100mm时，这个计算长度增加了时，这个计算长度增加了8.4%，标距为，标距为150mm时，计算长度增加了时，计算长度增加了5.6%，一次类推，在允许范围内测试，一次类推，在允许范围内测试标距越大，裂缝深度计算准确率越高。按照上述分析，在满标距越

13、大，裂缝深度计算准确率越高。按照上述分析，在满足规程声时测试误差要求的前提下，测距最接近足规程声时测试误差要求的前提下，测距最接近3 的那的那一次测试的结果是否会更接近裂缝深度真实值，而最终结果一次测试的结果是否会更接近裂缝深度真实值，而最终结果则不应取测距小于则不应取测距小于 和大于和大于3 之间的裂缝计算平均值。之间的裂缝计算平均值。/总页数6162 2、测试中钢筋的影响、测试中钢筋的影响五、讨论规程说明：通过理论计算，当规程说明：通过理论计算，当T、R换能器的连线与钢筋的最小距换能器的连线与钢筋的最小距离大于测距的离大于测距的1/6时，可避免钢筋影响。时，可避免钢筋影响。当声波跨缝在混凝

14、土中传播到达接收器的距离比声波通过钢筋传当声波跨缝在混凝土中传播到达接收器的距离比声波通过钢筋传播到达接收器的传播距离短，前者信号先到达接收器，才能避免钢筋播到达接收器的传播距离短，前者信号先到达接收器，才能避免钢筋对测试的影响。所以钢筋的影响与裂缝深度相关，规程没有列出计算对测试的影响。所以钢筋的影响与裂缝深度相关，规程没有列出计算过程也过程也未未对对计算参数计算参数进行说明，所以进行说明，所以在在较深裂缝测试时钢筋影响应较深裂缝测试时钢筋影响应重重新新考虑裂缝深度这一考虑裂缝深度这一计算计算因素。根据研究数据，当因素。根据研究数据，当T、R换能器的连线换能器的连线与钢筋的最小距离大于与钢筋

15、的最小距离大于1.5 时，才可避免上述影响。也就是说，测时，才可避免上述影响。也就是说，测试时试时T、R换能器的连线与钢筋的最小距离要同时满足上述两个条件，换能器的连线与钢筋的最小距离要同时满足上述两个条件，结果才较准确。结果才较准确。/总页数617那么操作计算时，则增加了以下步骤：那么操作计算时，则增加了以下步骤：首先是测试时必须用钢筋扫描仪，测出测线两侧平行于测线的钢首先是测试时必须用钢筋扫描仪，测出测线两侧平行于测线的钢筋位置，尽量让测线布设在两排钢筋的中心，并记录下钢筋到测线的筋位置，尽量让测线布设在两排钢筋的中心，并记录下钢筋到测线的最小距离最小距离D；其次是在结果判定的第二种方法中

16、，从最大测距数据组开始，循其次是在结果判定的第二种方法中，从最大测距数据组开始，循环计算环计算 ，依次比较，依次比较1.5 和和D的大小关系，不满足的大小关系，不满足1.5 D的数的数据应该剔除。据应该剔除。事实上，桥梁结构中梁体、盖梁、墩柱中钢筋大多较密集，间距事实上，桥梁结构中梁体、盖梁、墩柱中钢筋大多较密集，间距10cm15cm的较常见，按照上述要求，在这些结构中，裂缝深度稍的较常见，按照上述要求，在这些结构中，裂缝深度稍大情况下，则测试中不可避免钢筋的影响。大情况下，则测试中不可避免钢筋的影响。五、讨论/总页数618五、讨论3 3、裂缝内部走向不垂直于混凝土表面的误差分析、裂缝内部走向

17、不垂直于混凝土表面的误差分析根据声波反相法原理：当准确得出反相临界点的时候，下根据声波反相法原理：当准确得出反相临界点的时候，下图图L/2长度即与裂缝深度长度即与裂缝深度h值相等。所以用最终计算判定结果的值相等。所以用最终计算判定结果的= L/2= h 构件如下计算模型。构件如下计算模型。/总页数619如如上图中所示，以裂缝混凝土表面裂缝中心为原点，上图中所示，以裂缝混凝土表面裂缝中心为原点，T、R换换能器的连线为能器的连线为X轴，建立平面坐标系，对于某一计算结果，轴，建立平面坐标系，对于某一计算结果，如果如果跨跨缝实际声波传递为红色线缝实际声波传递为红色线路路AC、CD，而计算则是按照蓝色线

18、条，而计算则是按照蓝色线条AB、BD，则则存在存在实际和理论计算实际和理论计算声波跨缝实际传播距离相等声波跨缝实际传播距离相等的关的关系系, 在坐标系中有在坐标系中有AC+CD=AB+BD,在裂缝走向不明确情况下，在裂缝走向不明确情况下，视视裂缝端点裂缝端点C为为变量变量，在，在X-Y坐标系内移动，那么其轨迹为一椭圆坐标系内移动，那么其轨迹为一椭圆。该该椭圆方程为：椭圆方程为： 结果计算中第二中判定方法得出的裂缝计算深度。结果计算中第二中判定方法得出的裂缝计算深度。 x裂缝端点与混凝土表面裂缝中心的裂缝端点与混凝土表面裂缝中心的X轴偏移量，轴偏移量，可在混凝土表面用钢卷尺量出；可在混凝土表面用钢卷尺量出； y裂缝裂缝端点到混凝土表面距离端点到混凝土表面距离的推定值。的推定值。五、讨论/总页数6204 4、现场条件不理想时的处理办法、现场条件不理想时的处理办法五、讨论南充绕城高速清泉寺大桥简支南充绕城高速清泉寺大桥简支T T梁裂缝照片梁裂缝照片如右图所示密集裂缝，测如右图所示密集裂缝，测试困难有：试困难有：1）不跨缝测量，取不到）不跨缝测量，取不到多