專利名稱：一種橋梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿缺陷檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混凝土橋梁施工質(zhì)量檢測領(lǐng)域，主要針對后張法預(yù)應(yīng)力橋梁中預(yù)應(yīng)力孔道注漿質(zhì)量的檢測。
背景技術(shù)：
在鐵路、公路建設(shè)中，越來越多采用預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁通過預(yù)先對受拉區(qū)施加壓力，來減小或抵消荷載所引起的拉應(yīng)力，從而推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和開展，大大提高了橋梁的抗裂性能和剛度。目前大多數(shù)預(yù)應(yīng)力橋梁采用后張法施工，即先澆筑混凝土，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上后再張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋以形成預(yù)應(yīng)力。在澆筑構(gòu)件時會用金屬或塑料波紋管在混凝土中形成1個管道，預(yù)應(yīng)力鋼筋從中穿過。待預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后再用混凝土將該管道注滿。這個管道就是預(yù)應(yīng)力孔道，又稱波紋管?？椎赖淖{質(zhì)量存在的問題比較普遍，主要是脫空和充水。瑞士大學(xué)的R. H. EVANS 教授最早觀察到預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)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(fā)現(xiàn)注漿管道內(nèi)封存空氣和充水的問題(白楊，《灌漿與張拉力對預(yù)應(yīng)力鹼梁的性能影響分析》，大連海事大學(xué)，碩士論文)。在近年來的橋梁檢測中發(fā)現(xiàn)孔道注漿的脫空長度約占檢測長度的10-20%，有些病害橋梁脫空區(qū)的長度甚至占到30%，而且常見管道充水現(xiàn)象。注漿不飽滿會造成預(yù)應(yīng)力鋼絞線的腐蝕銹斷，預(yù)應(yīng)力損失和應(yīng)力集中，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)耐久性，甚至引起結(jié)構(gòu)失效或垮塌。管道中充水會加速鋼絞線的銹蝕，在北方寒冷地區(qū)還會誘發(fā)凍脹病害，損害保護(hù)層，加速鋼筋和鋼絞線銹蝕。我國最早開始對孔道注漿質(zhì)量進(jìn)行檢測是在2007年，由趙永貴采用雷達(dá)方法在重慶和云南高速公路建設(shè)中進(jìn)行過成功應(yīng)用(徐敬淼，艾建強(qiáng)，青島海灣大橋60m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁整體預(yù)制施工質(zhì)量控制要點(diǎn)[J]，公路，2009，No. 9 136-141)。然而，雷達(dá)僅限于塑料波紋管，對于金屬波紋管由于電磁波無法穿透，雷達(dá)方法無效。鄒春江等以及王志峰等人曾用沖擊回波法做過孔道注漿質(zhì)量檢測實(shí)驗(yàn)@卩春江，陳征宙，董平，曹東方，吳詠敬.沖擊回波主頻對箱梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿飽滿度的響應(yīng)及應(yīng)用[J]，公路交通科技，2010，27(1) 73-77 ；王智豐，周先雁，晏班夫，肖云風(fēng)，沖擊回波法檢測預(yù)應(yīng)力束孔管道壓漿質(zhì)量[J]，振動與沖擊，2009，VoL.沘，No. 1，166-169)。沖擊回波法(IE: Impact-Echo Method)最早是由美國康奈爾大學(xué)曾提出的混凝土質(zhì)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(gòu)件上下界面間沖擊回波的多次反射形成共振，通過測量共振頻率和介質(zhì)波速推測界面間距離。按照沖擊回波法理論，孔道內(nèi)如果有空洞，空洞與上界面間會產(chǎn)生一個頻率較高的共振回波，要比梁板上下界面對應(yīng)的共振頻率高。然而實(shí)驗(yàn)表明，管道空洞對應(yīng)的沖擊回波的共振頻率不但不高，反而降低，而且出現(xiàn)了多個頻率峰值的現(xiàn)象，這與IE法依靠共振頻率高低推定界面深度的原理發(fā)生了矛盾。因而用IE方法檢測波紋管注漿質(zhì)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于觀測條件和分辨率等原因，對孔道內(nèi)部注漿質(zhì)量的檢測也無能為力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種橋梁預(yù)應(yīng)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(zhì)量的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供的橋梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿缺陷檢測方法包括以下步驟
步驟1 在預(yù)應(yīng)力孔道的任意一端激發(fā)彈性波，同時測量所述預(yù)應(yīng)力孔道兩端的散射波和透射波；
步驟2 對所述透射波進(jìn)行時頻分析計(jì)算得到所述透射波的時間頻率譜，根據(jù)譜能量大小識別出所述透射波中所有不同模態(tài)的震相的時間頻率分布；
步驟3 對所述散射波進(jìn)行時頻分析得到所述散射波的時間頻率譜，并根據(jù)所述透射波中的模態(tài)對所述散射波進(jìn)行偏移疊加得到偏移疊加后的圖譜，根據(jù)偏移疊加后的圖譜能量大小識別所述預(yù)應(yīng)力孔道中的缺陷。本發(fā)明的有益效果在于采用聲波散射技術(shù)，在充分了解梁體內(nèi)部彈性波震動特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采取時頻分析這種非穩(wěn)態(tài)信號分析技術(shù)，對在梁板與預(yù)應(yīng)力孔道中傳播的復(fù)雜振動進(jìn)行模式分解，識別出縱波、橫波以及各種模態(tài)的Lame波，以及這些不同模態(tài)Lame 波的幅值、相位等信息。同時結(jié)合偏移成像技術(shù)，能夠可靠地確定注漿缺陷的位置。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，步驟1中，將2個檢波器分別布置在所述預(yù)應(yīng)力孔道兩端的錨頭上，在預(yù)應(yīng)力孔道的一端激發(fā)產(chǎn)生彈性波。進(jìn)一步，步驟1中，位于預(yù)應(yīng)力孔道的激發(fā)彈性波一端的檢波器，用于記錄所述孔道內(nèi)的散射波；位于另一端的檢波器，用于記錄所述預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的透射波。


圖1是本發(fā)明橋梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿質(zhì)量檢測方法的流程圖2是本發(fā)明橋梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿質(zhì)量檢測方法的現(xiàn)場采集示意圖； 圖3是本發(fā)明橋梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿質(zhì)量檢測方法的資料分析流程圖； 圖4為本發(fā)明方法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中時頻計(jì)算結(jié)果。附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下
1、主機(jī)，2、第一檢波器，3、第二檢波器，4、激發(fā)震源，5、預(yù)應(yīng)力孔道，6第一數(shù)據(jù)線，7、第二數(shù)據(jù)線，8、觸發(fā)線。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本發(fā)明的橋梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿質(zhì)量檢測方法的具體步驟包括 步驟1 在預(yù)應(yīng)力孔道的任意一端激發(fā)彈性波，同時測量所述預(yù)應(yīng)力孔道兩端的散射
波和透射波；
步驟2 對所述透射波進(jìn)行時頻分析計(jì)算得到所述透射波的時間頻率譜，根據(jù)時間頻率譜能量大小識別出所述透射波中所有不同模態(tài)震相的時間頻率分布；
步驟3 對所述散射波進(jìn)行時頻分析得到所述散射波的時間頻率譜，并根據(jù)所述透射波中的模態(tài)對所述散射波進(jìn)行偏移疊加得到偏移疊加后的圖譜，根據(jù)偏移疊加后的圖譜能量大小識別所述預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力孔道兩端的錨頭上，在預(yù)應(yīng)力孔道的一端激發(fā)產(chǎn)生彈性波；位于預(yù)應(yīng)力孔道的激發(fā)彈性波一端的檢波器，用于記錄所述預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的散射波；位于另一端的檢波器，用于記錄所述預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的透射波。本發(fā)明的方法在具體實(shí)施中主要包括現(xiàn)場采集與資料處理兩個部分。圖2是本發(fā)明的孔道注漿質(zhì)量檢測方法的現(xiàn)場采集示意圖。本發(fā)明方法檢測時需要的硬件設(shè)備包括主機(jī)1，第一檢波器2、第二檢波器3和激發(fā)震源4，其中，第一檢波器2和第二檢波器3分別安裝于預(yù)應(yīng)力孔道5的兩端，第一檢波器2通過第一數(shù)據(jù)線6與主機(jī)1 相連，第二檢波器3通過第二數(shù)據(jù)線7與主機(jī)1相連，激發(fā)震源4設(shè)置于預(yù)應(yīng)力孔道5位于第二檢波器3的一端，并通過觸發(fā)線8與主機(jī)1相連?，F(xiàn)場采集的主要步驟包括
(1)將第一檢波器2和第二檢波器3分別粘接在預(yù)應(yīng)力孔道5兩端的錨頭上；
(2)在其中一個錨頭上利用激發(fā)震源4進(jìn)行激發(fā)產(chǎn)生振動波(如圖2中，將激發(fā)震源4 設(shè)置在預(yù)應(yīng)力孔道5位于第二檢波器3 —端并進(jìn)行激發(fā)產(chǎn)生震動波)，激發(fā)方式可以采用普通鐵錘錘擊，也可采用專用錘擊震源。(3)如圖2所示，利用第二檢波器3記錄預(yù)應(yīng)力孔道5內(nèi)產(chǎn)生的散射波，利用第一檢波器2記錄孔道5內(nèi)產(chǎn)生的透射波。圖3是本發(fā)明的資料分析流程。其主要步驟包括
(1)對透射波進(jìn)行時頻分析計(jì)算得到透射波的時間頻率譜后，根據(jù)譜能量大小識別出不同模態(tài)的時間和頻率分布；
(2)對散射波進(jìn)行時頻分析計(jì)算得到散射波的時間頻率譜；
(3)根據(jù)透射波的模態(tài)的時間頻率分布對散射波的時間頻率分布進(jìn)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(tài)的時間頻率分布疊加后，得到新的時間頻率分布譜(4)根據(jù)偏移圖像中譜能量的大小進(jìn)行缺陷識別，即能量較大者判定為缺陷。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
試驗(yàn)中首先預(yù)制了一個帶預(yù)應(yīng)力孔道的梁板模型，然后進(jìn)行檢測，最后將預(yù)應(yīng)力孔道打開驗(yàn)證。經(jīng)驗(yàn)證，檢測結(jié)果與實(shí)際結(jié)果符合度達(dá)90%以上。具體過程如下。1、預(yù)制模型長度11米，其中預(yù)設(shè)1個預(yù)應(yīng)力孔道，內(nèi)置鋼筋。2、檢測過程在預(yù)應(yīng)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(fā)；檢測時在同樣耦合條件下，敲擊3次以上，以保證檢測結(jié)果可重復(fù)性。3、檢測后經(jīng)資料處理得到如圖4所示結(jié)果，并識別出缺陷如下
權(quán)利要求
1.一種橋梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿質(zhì)量檢測方法，步驟包括步驟1 在預(yù)應(yīng)力孔道的任意一端激發(fā)彈性波，同時測量所述預(yù)應(yīng)力孔道兩端的散射波和透射波；步驟2 對所述透射波進(jìn)行時頻分析計(jì)算得到所述透射波的時間頻率譜，根據(jù)時間頻率譜能量大小識別出所述透射波中所有不同模態(tài)震相的時間頻率分布；步驟3 對所述散射波進(jìn)行時頻分析得到所述散射波的時間頻率譜，并根據(jù)所述透射波中的模態(tài)對所述散射波進(jìn)行偏移疊加得到偏移疊加后的圖譜，根據(jù)偏移疊加后的圖譜能量大小識別所述預(yù)應(yīng)力孔道中的缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于步驟1中，將2個檢波器分別布置在所述預(yù)應(yīng)力孔道兩端的錨頭上，在預(yù)應(yīng)力孔道的一端激發(fā)產(chǎn)生彈性波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于步驟1中，位于預(yù)應(yīng)力孔道的激發(fā)彈性波一端的檢波器，用于記錄所述預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的散射波；位于另一端的檢波器，用于記錄所述預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的透射波。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿質(zhì)量的方法，用兩個檢波器分別布置在預(yù)應(yīng)力孔道兩端，在預(yù)應(yīng)力孔道的一端激發(fā)產(chǎn)生震動波，兩端檢波器分別記錄下預(yù)應(yīng)力孔道中的散射波和透射波。對透射波進(jìn)行模態(tài)識別。對散射波進(jìn)行時頻分析，并用透射波的模態(tài)進(jìn)行偏移成像，通過偏移圖像進(jìn)行缺陷識別。本發(fā)明基于聲波散射技術(shù)，在充分了解梁體內(nèi)部彈性波振動特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采取時頻分析這種非穩(wěn)態(tài)信號分析技術(shù)，結(jié)合偏移成像技術(shù)，能夠可靠地確定注漿缺陷的性質(zhì)、規(guī)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(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者蔣輝, 趙曉鵬, 趙永貴 申請人:趙永貴