钢管混凝土超声波检测

钢管混凝土超声波检测[摘要]钢管混混凝土的超声声波检测是检检测钢管混凝凝土的密实程程度和均匀性性。本文论述述了钢管混凝凝土超声波检检测的基本原原理、前提条条件、测点布布置及信号采采集、信号分分类及分析。[关键词]钢管管混凝土超声波检测同一测距声时幅值频率一、前言随着我国高速公公路建设的迅迅猛发展，公公路桥梁的形形式也从单一一化走向多样样化，使我国国的高速公路路更加多彩多多姿，钢管混混凝土拱桥便便是其中的一一种形式。钢钢管混凝土拱拱桥改变了以以往柱托梁、梁梁托板的形式式，它那巨大大的横梁和桥桥面板是由锚锚固在钢管拱拱上的高强度度吊杆将其吊吊起，悬浮在在空中。从这这种桥梁的结结构上可以看看出，钢管拱拱的顶面将受受到巨大的压压力，如图1所示。如果果钢管拱没有足够的抗压压能力，将造造成拱断、桥桥塌、人亡的的严重后果。为为了提高钢管管拱的抗压能能力，把高强强度的混凝土土用高压泵送送到钢管中，并并使其充满整整个钢管，以以提高钢管拱拱的强度，所所以钢管混凝凝土的质量直直接影响着钢钢管拱的抗压压能力。如某某高速公路K20＋554.7～K20+6698.3互通跨线钢钢管拱桥的钢钢管混凝土拱拱经超声波检检测，发现该该桥A、B两拱钢管内内混凝土的密密实程度及均均匀性很差以以及混凝土与与钢管内壁接接触不良造成成钢管顶部严严重脱空。经经开孔取芯及及抗压试验，有50％的砼芯抗压强度满足不了C40的抗压强度设计值，最大脱空70mm。最终判定A、B两钢管混凝土拱不合格。所以钢管拱桥的钢管混凝土拱在使用前要经过超声波的全面检测，以保证钢管混凝土拱必须满足使用要求。由于钢管混凝土超声波检测开展的时间比较短，还不太被人们所了解，笔者通过对某高速公路K20＋554.7～K20+698.3互通跨线钢管拱桥的5000多对钢管混凝土物理点的检测，对钢管混凝土超声波检测有了一些粗浅的认识，现就自己的检测实践和学习研究的体会对钢管混凝土超声波检测的基本原理，前提条件，测点布置及信号采集、信号分类及分析做以下粗浅论述。二、钢管混凝土土超声波检测测的基本原理理超声波检测钢管管混凝土的基基本原理是在在钢管外径的的一端利用发发射换能器产产生高频振动动，经钢管圆圆心传向钢管管外径另一端端的接收能器器。超声波在在传播过程中中遇到由各种种缺陷形成的的界面时就会会改变传播方方向和路径，其其能量就会在在缺陷处被衰衰减，造成超超声波到达接接收换能器的的声时、幅值值、频率的相相对变化。超超声波检测钢钢管混凝土就就是根据超声声波的声时、幅幅值、频率的的相对变化，对对钢管混凝土土的质量进行行分析判断。三、钢管混凝土土超声波检测测的前提条件件超声波穿过钢管管混凝土到达达接收换能器器的时间必须小于超声波波通过钢管壁壁到达接收换换能器的时间间。只有这样，到达接接收换能器的的首波才能反反映钢管混凝凝土的质量。如图2所所示，图中tt1是超声波经经圆心穿过钢钢管混凝土到达接收换换能器的时间间，t2是超声波通通过钢管壁到到达接收换能器的的时间。经对对相同规格的的空钢管和充充满混凝土的钢管的超超声波测试，发发现超声波经经圆心穿过钢钢管混凝土到达换能能器的时间tt1小于通过空空钢管壁到达达接收换能器的时间tt2（见图3），且满足足下列公式：：t1=D/CPP①t2=1.577D/0.44Cp②式①中的CP是是混凝土的纵纵波速度，式式②中的CP是钢的纵波波速度，式①、②中的D是钢管外径径。如果设混混凝土的纵波波速度为4450m／s，钢的纵波波速度为5850m／s，由t1＝220Dμs，t2＝670Dμs。2．钢管混凝土土超声波检测测必须是在相相同条件相对对比较下进行行。只有这样样，才能根据据声时、幅值值及频率的相相对变化来分分析判断钢管管混凝土的质质量，否则，接接收到的声时时、幅值及频频率变化信号号没有可比性性，无法对钢钢管混凝土的的质量进行分分析判断。所所以在超声波波检测钢管混混凝土时，必必须做到使用用同一台仪器器，使用同一一对收发换能能器，采用钢钢管外径为同同一测距，发发射同一电压压，选择相同同测试参数，保保证换能器耦耦合一致。四、检测点布设设及信号采集集检测点布设是否否合理与检测测质量紧密相相关，只有检检测点布设合合理才能对钢钢管混凝土的的质量进行全全面评价。布布设钢管混凝凝土测点时，首首先要布设合合理的检测截截面，然后在在每个检测截截面上布设合合理的检测点点。《超声波波检测混凝土土缺陷技术规规程》CECS221：90的规定，检检测混凝土均均匀性时，测测点间距为0.2～0.5米。总总之，检测截截面和检测点点的布设应使使最终检测结结果能全面反反映钢管混凝凝土的质量。要全面真实地反反映钢管混凝凝土的质量，不不但测点要布布设合理而且且采集的信号号还要有效。只只有采集到有有效信号才能能对检测点处处的钢管混凝凝土的质量进进行有效分析析和判断，否否则分析判断断的结果不能能反映测点钢钢管混凝土的的真实质量。所所以，在采集集信号时必须须要保证测距距一致，选择择测试参数一一致，换能器器耦合性一致致，排除干扰扰造成的异常常信号，采集集稳定的有效效信号。五、检测信号分分类及分析钢管混凝土的质质量有好有坏坏，接收换能能器接收到的的信号也就随随之而变，而而常遇到的信信号可以大致致分为以下几几类：1．声时短、幅幅值大、频率率高这种情况表明超超声波穿过的的钢管混凝土土密实均匀，没没有缺陷。2．声时长、幅幅值小、频率率低这种情况表明钢钢管混凝土中中存在着缺陷陷，而且缺陷陷的位置是在在有效接收声声场的中心轴轴线上即收发发换能器的连连线。由于缺缺陷是在有效效接收声场中中心轴线上，使使得超声波产产生绕射改变变了传播路径径，其能量也也在缺陷受到到了散射衰减减和进一步的的吸收衰减，导导致超声波到到达接收换能能的时间变长长，幅值变小小频率降低。而而钢管混凝土土的缺陷可分分为两大类，一一是混凝土自自身的缺陷（如如离析、蜂窝窝、裂隙、泥泥砂夹层、夹夹泥等），二二是钢管内混混凝土与钢管管内壁接触不不紧密而造成成的脱空缺陷陷。以上二者者都可以使超超声波到达接接收换能器的的时间变长、幅幅值变小、频频率降低，但但后者的混凝凝土自身未必必有缺陷。有有时声时变长长、幅值变小小、频率降低是混凝凝土自身缺陷陷与脱空缺陷共同造成的。要要具体分析使使声时变长、幅值变小、频率降低是由哪类缺陷造成的，还应应结合敲击、取取芯等方法加以判别。图图4、图5中的钢管外外径为750mmm，钢管内的的混凝土强度度设计值为C400。从图4中可以看出出超声波穿过无缺陷陷的钢管混凝凝土的波形与穿过有缺陷的的钢管混凝土土的波形相比在声时、幅值值、频率上有有很大的变化。图4中的11表示混凝土土自身缺陷，2表示脱空缺陷陷，S表示发射换换能器，R表示接收换能能器。3．声时短、幅幅值小、频率率低（1）钢管混凝凝土中的缺陷陷不在有效接接收声场的中中心轴线上，而而是在有效接接收声场覆盖盖的空间内，以以致声线仍然然通过有效接接收声场的中中心轴线，声声时不会改变变，然而有效效声场空间里里的缺陷使得得声能受到衰衰减，导致幅幅值变小频率率下降，如图图5所示。（2）钢管混凝凝土中的缺陷陷虽然在有铲铲接收声场的的中心轴线上上，但是缺陷陷足够小。在在这种情况下下虽然声能受受到衰减使得得幅值变小频频率降低，但但是超声波在在缺陷处产生生绕射后路径径改变不明显显，以致声时时变化很小。（3）钢管混凝凝土本身并没没有缺陷，但但是由于换能能器与钢管外外壁耦合不良良，也会造成成幅值变小、频频率下降而声声时变化很小小的现象。这这种现象是在在检测过程中中由人为因素素造