钢管混凝土超声波检测

钢管混凝土超声波检测[摘要]钢管混凝土的超声波检测是检测钢管混凝土的密实程度和均匀性。本文论述了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。[关键词]钢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路建设的迅猛发展，公路桥梁的形式也从单一化走向多样化，使我国的高速公路更加多彩多姿，钢管混凝土拱桥便是其中的一种形式。钢管混凝土拱桥改变了以往柱托梁、梁托板的形式，它那巨大的横梁和桥面板是由锚固在钢管拱上的高强度吊杆将其吊起，悬浮在空中。从这种桥梁的结构上可以看出，钢管拱的顶面将受到巨大的压力，如图1所示。如果钢管拱没有足够的抗压能力，将造成拱断、桥塌、人亡的严重后果。为了提高钢管拱的抗压能力，把高强度的混凝土用高压泵送到钢管中，并使其充满整个钢管，以提高钢管拱的强度，所以钢管混凝土的质量直接影响着钢管拱的抗压能力。如某高速公路K20＋554.7～K20+698.3互通跨线钢管拱桥的钢管混凝土拱经超声波检测，发现该桥A、B两拱钢管内混凝土的密实程度及均匀性很差以及混凝土与钢管内壁接触不良造成钢管顶部严重脱空。经开孔取芯及抗压试验，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、钢管混凝土超声波检测的基本原理超声波检测钢管混凝土的基本原理是在钢管外径的一端利用发射换能器产生高频振动，经钢管圆心传向钢管外径另一端的接收能器。超声波在传播过程中遇到由各种缺陷形成的界面时就会改变传播方向和路径，其能量就会在缺陷处被衰减，造成超声波到达接收换能器的声时、幅值、频率的相对变化。超声波检测钢管混凝土就是根据超声波的声时、幅值、频率的相对变化，对钢管混凝土的质量进行分析判断。三、钢管混凝土超声波检测的前提条件超声波穿过钢管混凝土到达接收换能器的时间必须小于超声波通过钢管壁到达接收换能器的时间。只有这样，到达接收换能器的首波才能反映钢管混凝土的质量。如图2所示，图中t1是超声波经圆心穿过钢管混凝土到达接收换能器的时间，t2是超声波通过钢管壁到达接收换能器的时间。经对相同规格的空钢管和充满混凝土的钢管的超声波测试，发现超声波经圆心穿过钢管混凝土到达换能器的时间t1小于通过空钢管壁到达接收换能器的时间t2（见图3），且满足下列公式：t1=D/CP①阅t张2斤=1.57D躁/0.4C腥p恶②岁式惭①盐中别的秀C稍P申是混凝土的纵粪波速度，笔式凳②厅中御的溜C母P凉是钢的纵波速艰度，卵式毯①遵、火②抽中供的糟D匪是钢管外径。袍如果设混凝土狱的纵波速度膨为铁4450木m顽／导s疮，钢的纵波速撞度都为韵5850困m抽／其s嫌，由昂t楚1崖＝援220D优μ碑s厨，喊t拔2杀＝拾670D压μ湾s国。连2嚼．怜钢管混凝土超乱声波检测必须全是在相同条件迷相对比较下进孙行醉。只有这样，财才能根据声时适、幅值及频率芒的相对变化来陷分析判断钢管惹混凝土的质量铁，否则，接收腥到的声时、幅订值及频率变化犯信号没有可比狐性，无法对钢锐管混凝土的质兔量进行分析判闸断。所以在超伞声波检测钢管君混凝土时，必寺须做到使用同汪一台仪器，使事用同一对收发给换能器，采用视钢管外径为同班一测距，发射效同一电压，选惰择相同测试参票数，保证换能猜器耦合一致。破四、检测点布抖设及信号采集置检测点布设是轰否合理与检测膜质量紧密相关佣，只有检测点草布设合理才能蛛对钢管混凝土亦的质量进行全裹面评价。布设改钢管混凝土测距点时，首先要巨布设合理的检负测截面，然后日在每个检测截护面上布设合理称的检测点。《肿超声波检测混欧凝土缺陷技术盐规程订》侦CECS2贞1域：阵9优0询的规定，检测卵混凝土均匀性项时，测点间距抄为搁0猪.2袭～笑0.5葛米。总之，检叶测截面和检测及点的布设应使累最终检测结果众能全面反映钢过管混凝土的质畅量。裕要全面真实地姑反映钢管混凝翻土的质量，不格但测点要布设啊合理而且采集今的信号还要有雄效。只有采集用到有效信号才棍能对检测点处棚的钢管混凝土逼的质量进行有洲效分析和判断缎，否则分析判外断的结果不能规反映测点钢管抓混凝土的真实句质量。所以，情在采集信号时帐必须要保证测蛋距一致，选择旋测试参数一致骂，换能器耦合琴性一致，排除姐干扰造成的异引常信号，采集蠢稳定的有效信首号。唐五、检测信号见分类及分析劣钢管混凝土的嚷质量有好有坏凭，接收换能器笔接收到的信号帽也就随之而变缘，而常遇到的杆信号可以伏大致分为以下脾几类：跟1辟．声时短、幅档值大、频率高拜这种情况表明旗超声波穿过的降钢管混凝土密植实均匀，没有耍缺陷。若2渣．声时长、幅霞值小、频率低足这种情况表明蛇钢管混凝土中养存在着缺陷，辨而且缺陷的位百置是在有效接甜收声场的中心紧轴线上即收发叹换能器的连线排。由于缺陷是伏在有效接收声的场中心轴线上距，使得超声波个产生绕射改变赵了传播路径，待其能量也在缺浙陷受到了散射庆衰减和进一步佛的吸收衰减，垃导致超声波到孝达接收换能的置时间变长，幅戏值变小频率降旅低。而钢管混恰凝土的缺陷可冒分为两大类，哪一是混凝土自饺身的缺陷（如牧离析、蜂窝、碑裂隙、泥砂夹辱层、夹泥等）艰，二是钢管内母混凝土与钢管辅内壁接触不紧效密而造成的脱析空缺陷。以上奏二者都可以使哑超声波到达接府收换能器的时哗间变长、幅值仗变小、频率降岗低，但后者的早混凝土自身未贵必有缺陷。有扇时声时变长、身幅值变小、转频率降低是混壮凝土自身缺陷余与脱空缺甘陷共同造成的慌。要具体分析虏使声时变摊长、幅值变小软、尝频率降低是由考哪类缺饮陷造成的，还井应结合敲击、彩取芯等方意法加以判别膏。腔图抢4折、堪图止5役中的钢管外葱径静为免750剪mm攀，钢管内的混脏凝土强度积设计值踢为歉C之40竿。从肯图喉4揪中可以看出超摔声波穿过无缺衡陷的钢管混凝币土的波形斧与穿过有缺陷真的钢管混凝土刺的波形相魂比在声时、幅宾值、频率上有薪很大的变骑化。歌图聪4艳中舒的沾1列表示混凝土自涉身缺陷，钳2闭表示脱空缺陷脊，肾S惹表示发射换能辆器，完R膊表示接收换能申器。魔3剥．声时短、幅虎值小、频率低庸（绍1摆）钢管混凝土巡中的缺陷不在嘱有效接收声场鬼的中心轴线上而，而是在有效仗接收声场覆盖光的空间内，以慰致声线仍然通锹过有效接收声费场的中心轴线时，声时不会改遣变，然而有效附声场空间里的殖缺陷使得声能鞭受到衰减，导浴致幅值变小频拐率下降，如另图崭5岸所示。全（叨2乌）钢管混凝土谱中的缺陷虽然缸在有铲接收声案场的中心轴线局上，但是缺陷匹足够小。在这宏种情况下虽然怖声能受到衰减港使得幅值变小季频率降低，但蒸是超声波在缺赞陷处产生绕射恩后路径改变不伐明显，以致声环时变化很小。悠（鼻3剂）钢管混凝土爱本身并没有缺珠陷，但是由于堡换能器与钢管虫外壁耦合不良直，也会造成幅妹值变撞小、频率下降度而声时变化很气小的现象。这调种现象是在检参测过程中由人劫为因素造成