一種橋梁預應力孔道注漿缺陷檢測方法
2023-12-10 02:19:26 2
專利名稱：一種橋梁預應力孔道注漿缺陷檢測方法
技術領域：
本發明涉及混凝土橋梁施工質量檢測領域，主要針對後張法預應力橋梁中預應力孔道注漿質量的檢測。
背景技術：
在鐵路、公路建設中，越來越多採用預應力混凝土橋梁。預應力混凝土橋梁通過預先對受拉區施加壓力，來減小或抵消荷載所引起的拉應力，從而推遲混凝土裂縫的出現和開展，大大提高了橋梁的抗裂性能和剛度。目前大多數預應力橋梁採用後張法施工，即先澆築混凝土，待達到設計強度的75%以上後再張拉預應力鋼筋以形成預應力。在澆築構件時會用金屬或塑料波紋管在混凝土中形成1個管道，預應力鋼筋從中穿過。待預應力鋼筋張拉後再用混凝土將該管道注滿。這個管道就是預應力孔道，又稱波紋管。孔道的注漿質量存在的問題比較普遍，主要是脫空和充水。瑞士大學的R. H. EVANS 教授最早觀察到預應力管道內水泥漿泌水而形成的自由水的問題，英國在橋梁檢測中也發現注漿管道內封存空氣和充水的問題(白楊，《灌漿與張拉力對預應力礆梁的性能影響分析》，大連海事大學，碩士論文)。在近年來的橋梁檢測中發現孔道注漿的脫空長度約佔檢測長度的10-20%，有些病害橋梁脫空區的長度甚至佔到30%，而且常見管道充水現象。注漿不飽滿會造成預應力鋼絞線的腐蝕鏽斷，預應力損失和應力集中，嚴重影響結構耐久性，甚至引起結構失效或垮塌。管道中充水會加速鋼絞線的鏽蝕，在北方寒冷地區還會誘發凍脹病害，損害保護層，加速鋼筋和鋼絞線鏽蝕。我國最早開始對孔道注漿質量進行檢測是在2007年，由趙永貴採用雷達方法在重慶和雲南高速公路建設中進行過成功應用(徐敬淼，艾建強，青島海灣大橋60m預應力混凝土箱梁整體預製施工質量控制要點[J]，公路，2009，No. 9 136-141)。然而，雷達僅限於塑料波紋管，對於金屬波紋管由於電磁波無法穿透，雷達方法無效。鄒春江等以及王志峰等人曾用衝擊回波法做過孔道注漿質量檢測實驗@卩春江，陳徵宙，董平，曹東方，吳詠敬.衝擊回波主頻對箱梁預應力孔道注漿飽滿度的響應及應用[J]，公路交通科技，2010，27(1) 73-77 ；王智豐，周先雁，晏班夫，肖雲風，衝擊回波法檢測預應力束孔管道壓漿質量[J]，振動與衝擊，2009，VoL.沘，No. 1，166-169)。衝擊回波法(IE: Impact-Echo Method)最早是由美國康奈爾大學曾提出的混凝土質量檢測方法(Mary J. Sansalone, William B. Streett, The Impact-Echo Method[ J ]. NDTnet, 1998,3: (2) February)，其原理是利用混凝土構件上下界面間衝擊回波的多次反射形成共振，通過測量共振頻率和介質波速推測界面間距離。按照衝擊回波法理論，孔道內如果有空洞，空洞與上界面間會產生一個頻率較高的共振回波，要比梁板上下界面對應的共振頻率高。然而實驗表明，管道空洞對應的衝擊回波的共振頻率不但不高，反而降低，而且出現了多個頻率峰值的現象，這與IE法依靠共振頻率高低推定界面深度的原理發生了矛盾。因而用IE方法檢測波紋管注漿質量的努力遇到了困惑。此外，其他檢測方法例如超聲層析成像法、紅外線熱成像法等由於觀測條件和解析度等原因，對孔道內部注漿質量的檢測也無能為力。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種橋梁預應力孔道注漿缺陷檢測方法以克服上述IE法、超聲層析成像法、紅外線熱成像法等無法有效檢測孔道注漿質量的問題。本發明為解決上述技術問題，提供的橋梁預應力孔道注漿缺陷檢測方法包括以下步驟
步驟1 在預應力孔道的任意一端激發彈性波，同時測量所述預應力孔道兩端的散射波和透射波；
步驟2 對所述透射波進行時頻分析計算得到所述透射波的時間頻率譜，根據譜能量大小識別出所述透射波中所有不同模態的震相的時間頻率分布；
步驟3 對所述散射波進行時頻分析得到所述散射波的時間頻率譜，並根據所述透射波中的模態對所述散射波進行偏移疊加得到偏移疊加後的圖譜，根據偏移疊加後的圖譜能量大小識別所述預應力孔道中的缺陷。本發明的有益效果在於採用聲波散射技術，在充分了解梁體內部彈性波震動特點的基礎上，採取時頻分析這種非穩態信號分析技術，對在梁板與預應力孔道中傳播的複雜振動進行模式分解，識別出縱波、橫波以及各種模態的Lame波，以及這些不同模態Lame 波的幅值、相位等信息。同時結合偏移成像技術，能夠可靠地確定注漿缺陷的位置。在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。進一步，步驟1中，將2個檢波器分別布置在所述預應力孔道兩端的錨頭上，在預應力孔道的一端激發產生彈性波。進一步，步驟1中，位於預應力孔道的激發彈性波一端的檢波器，用於記錄所述孔道內的散射波；位於另一端的檢波器，用於記錄所述預應力孔道內的透射波。
圖1是本發明橋梁預應力孔道注漿質量檢測方法的流程圖2是本發明橋梁預應力孔道注漿質量檢測方法的現場採集示意圖； 圖3是本發明橋梁預應力孔道注漿質量檢測方法的資料分析流程圖； 圖4為本發明方法驗證實驗中時頻計算結果。附圖中，各標號所代表的部件列表如下
1、主機，2、第一檢波器，3、第二檢波器，4、激發震源，5、預應力孔道，6第一數據線，7、第二數據線，8、觸發線。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。如圖1所示，本發明的橋梁預應力孔道注漿質量檢測方法的具體步驟包括 步驟1 在預應力孔道的任意一端激發彈性波，同時測量所述預應力孔道兩端的散射
波和透射波；
步驟2 對所述透射波進行時頻分析計算得到所述透射波的時間頻率譜，根據時間頻率譜能量大小識別出所述透射波中所有不同模態震相的時間頻率分布；
步驟3 對所述散射波進行時頻分析得到所述散射波的時間頻率譜，並根據所述透射波中的模態對所述散射波進行偏移疊加得到偏移疊加後的圖譜，根據偏移疊加後的圖譜能量大小識別所述預應力孔道中的缺陷。其中，在步驟1中，將2個檢波器分別布置在所述預應力孔道兩端的錨頭上，在預應力孔道的一端激發產生彈性波；位於預應力孔道的激發彈性波一端的檢波器，用於記錄所述預應力孔道內的散射波；位於另一端的檢波器，用於記錄所述預應力孔道內的透射波。本發明的方法在具體實施中主要包括現場採集與資料處理兩個部分。圖2是本發明的孔道注漿質量檢測方法的現場採集示意圖。本發明方法檢測時需要的硬體設備包括主機1，第一檢波器2、第二檢波器3和激發震源4，其中，第一檢波器2和第二檢波器3分別安裝於預應力孔道5的兩端，第一檢波器2通過第一數據線6與主機1 相連，第二檢波器3通過第二數據線7與主機1相連，激發震源4設置於預應力孔道5位於第二檢波器3的一端，並通過觸發線8與主機1相連。現場採集的主要步驟包括
(1)將第一檢波器2和第二檢波器3分別粘接在預應力孔道5兩端的錨頭上；
(2)在其中一個錨頭上利用激發震源4進行激發產生振動波(如圖2中，將激發震源4 設置在預應力孔道5位於第二檢波器3 —端並進行激發產生震動波)，激發方式可以採用普通鐵錘錘擊，也可採用專用錘擊震源。(3)如圖2所示，利用第二檢波器3記錄預應力孔道5內產生的散射波，利用第一檢波器2記錄孔道5內產生的透射波。圖3是本發明的資料分析流程。其主要步驟包括
(1)對透射波進行時頻分析計算得到透射波的時間頻率譜後，根據譜能量大小識別出不同模態的時間和頻率分布；
(2)對散射波進行時頻分析計算得到散射波的時間頻率譜；
(3)根據透射波的模態的時間頻率分布對散射波的時間頻率分布進行偏移成像，即將散射波的時間頻率分布分別和透射波不同模態的時間頻率分布疊加後，得到新的時間頻率分布譜(4)根據偏移圖像中譜能量的大小進行缺陷識別，即能量較大者判定為缺陷。實驗驗證
試驗中首先預製了一個帶預應力孔道的梁板模型，然後進行檢測，最後將預應力孔道打開驗證。經驗證，檢測結果與實際結果符合度達90%以上。具體過程如下。1、預製模型長度11米，其中預設1個預應力孔道，內置鋼筋。2、檢測過程在預應力孔道兩端布置檢波器，其中一端接收散射波，另一端接收透射波，在接收散射波端用錘擊激發；檢測時在同樣耦合條件下，敲擊3次以上，以保證檢測結果可重複性。3、檢測後經資料處理得到如圖4所示結果，並識別出缺陷如下
權利要求
1.一種橋梁預應力孔道注漿質量檢測方法，步驟包括步驟1 在預應力孔道的任意一端激發彈性波，同時測量所述預應力孔道兩端的散射波和透射波；步驟2 對所述透射波進行時頻分析計算得到所述透射波的時間頻率譜，根據時間頻率譜能量大小識別出所述透射波中所有不同模態震相的時間頻率分布；步驟3 對所述散射波進行時頻分析得到所述散射波的時間頻率譜，並根據所述透射波中的模態對所述散射波進行偏移疊加得到偏移疊加後的圖譜，根據偏移疊加後的圖譜能量大小識別所述預應力孔道中的缺陷。
2.根據權利要求1所述方法，其特徵在於步驟1中，將2個檢波器分別布置在所述預應力孔道兩端的錨頭上，在預應力孔道的一端激發產生彈性波。
3.根據權利要求2所述方法，其特徵在於步驟1中，位於預應力孔道的激發彈性波一端的檢波器，用於記錄所述預應力孔道內的散射波；位於另一端的檢波器，用於記錄所述預應力孔道內的透射波。
全文摘要
本發明公開了一種檢測預應力混凝土橋梁預應力孔道注漿質量的方法，用兩個檢波器分別布置在預應力孔道兩端，在預應力孔道的一端激發產生震動波，兩端檢波器分別記錄下預應力孔道中的散射波和透射波。對透射波進行模態識別。對散射波進行時頻分析，並用透射波的模態進行偏移成像，通過偏移圖像進行缺陷識別。本發明基於聲波散射技術，在充分了解梁體內部彈性波振動特點的基礎上，採取時頻分析這種非穩態信號分析技術，結合偏移成像技術，能夠可靠地確定注漿缺陷的性質、規模和位置。
文檔編號G01N29/12GK102156168SQ20111005244
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者蔣輝, 趙曉鵬, 趙永貴 申請人:趙永貴