钢管混凝土无损检测技术超声波法的研究 |
| 2013-02-27 13:42 作者：路立娜 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
|
|
硅谷网文 据《硅谷》杂志2012年第22期刊文称，通过做试验对超声波法优缺点进行对比分析。超声波法采用多种参数、多种判据综合检测的方法可以更加精确的检测出钢管混凝土内部缺陷的种类及程度。
关键词：钢管混凝土；超声波法；波形识别法
1基本原理
所谓超声波无损检测技术基本原理是用超声波仪向被测材料或结构发出一定频率的超声波，然后通过接收换能器接收这些穿过构件的超声波信号。超声波传播速度与混凝土强度相关，当超声波遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷时，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，超声波在缺陷处会产生绕射，因此波传播的路程会增大，与无缺陷区混凝土相比较，缺陷区测得的声时会延长，声速会降低。所以，可以根据声时及声程的变化，判别和计算缺陷的大小。同时，接收波幅表征声波穿过混凝土后能量衰减程度指标，当超声波到达低强度区、离析、夹泥、蜂窝等缺陷界面时，会产生吸收和散射、反射，衰减增大，接收波能量（波幅）下降。因此，可同时根据换能器接收到的声波波幅变化的程度，判断缺陷的性质和大小。另外，由于超声波中各频率成份在缺陷界面衰减程度不同，其中频率较高的部分衰减比频率较低的部分更快，因此，在频谱图中，首波波幅及主频会明显降低，测试中可根据接收信号的主频或频率谱的变化，分析判别缺陷性质。但由于实践中要对多个声学参数的组合异常表现来作出综合判断，是实际检测中最不容易把握的难点。
2主要方法
采用超声波检测钢管混凝土内部损伤的主要方法有首波声时法、波形识别法和首波频率法。
1）首波声时法。
要保证首波声时法的结果有效必须要保证声波是从混凝土中传播过来的，此时接收换能器所接收到的首波才会携带混凝土质量信息。对于此，可通过测量声时来判断声波在混凝土中的传播途径。
超声波沿着钢管混凝土直径方向传播所需要的声时为：
超声波沿钢管壁（周长）传播所需要的声时为：
其中，D-钢管的外直径t-钢管壁的壁厚
-超声波在混凝土中的波速-超声波在钢管壁中的波速
当时，表明钢管内混凝土可能存在空洞、脱空等缺陷。当时，表明超声波沿着钢管混凝土直径方向传播（即首波声时为），据此可判定此处钢管内部混凝土质量完好。
2）波形识别法。
波形识别法的理论依据是波幅、波形、频率等参量会随着混凝土的均匀性和密实度的不同而发生变化。这样超声波仪所发射的脉冲正弦或脉冲余弦在混凝土内传播过程中遇到阻抗不同的异质交界面时（特别是固-气界面），会发生波的反射、折射、绕射等现象，不同的声波会相互叠加、相互干扰。对接收到的波形进行特征分析（包括波形的组成、波的叠加现象、分布特点等），据此来判定内部混凝土质量状况。若接收到的波形清晰、无畸变，并且带有较为明显的圆弧状包络线，则表明混凝土质量完好。反之，若接收到的波形频率以及波幅都比较小，波形畸变且无明显包络线，则钢管内部内部混凝土可能有较大空洞甚至是脱空。
3）所谓首波频率法就是依据接收换能器接收到的首波的声频参数来检测钢管混凝土的质量。
虽然超声波检测中采用的是固定发射频率的脉冲波，但是混凝土本身介质的非均匀性以及混凝土内部的缺陷使得超声波在传播过程中产生能量衰减而且高频部分超声波衰减的最快。简而言之，频率越高衰减越大。若接收换能器所接收到的波为低频率波，表明高频率声波衰减较大，则可以据此判定混凝土质量较差。相反，若接收到的声波频率均相对较高则相应的判定混凝土质量完好。
3实际测试
本次试验采用混凝土棱柱体试块3块，试块尺寸为150mm×150mm×300mm，编号为LZ-1，LZ-2，LZ-3。该批试块于2011年9月16日浇注，采用的仪器为TH204型非金属声波检测仪。
测点的布置应具有代表性和可分析性，尤其对于有缺陷的部位应当适当的增加测点。本次试验的测点布置如下图所示：
图1测点布置图
进行试验时为保证试验效果，采用黄油作为耦合剂。采用对测法，在一个相对测试面布置8个测点，发射换能器与接收换能器的轴线在同一直线上。本次试验所测的试块LZ-1波形图如下表所示：
表1
当前通道：1
采样间隔：1.1us
采样点数：1632
延迟时间：24us
触发方式：连发
触发电平：10%FSR
发射脉宽：10us
发射电压：1000v
通频带：2k—80kHz
零声时：18.0us 声时：128.5us，波幅：71.2dB，主频：40.6kHz，放缩：40/1
在通常检测中所反映的波形大体上可分为两类，即正常波和非正常波。正常波形如上表（表1）中波形所示，表现为为首波明显，波形稳定，能够准确读出声时。
本次试验测得的试块LZ-2的波形图如下，非正常波形如下表图（表2）所示，表现为为首波信号较弱，受到干扰，首波位置难以找准，且声时不易找准，该种波形反映出波在传播路径上有缺陷。
表2
当前通道：2
采样间隔：1.1us
采样点数：1632
延迟时间：24us
触发方式：连发
触发电平：10%FSR
发射脉宽：10us
发射电压：1000v
通频带：2k—80kHz
零声时：18.0us 声时：107.7us，波幅：95.5dB，主频：37.3kHz，放缩：4/1
本次试验所测得的试块LZ-3的波形图如下。极端情况下，波形受到沿着钢管壁传来的声波的严重干扰使得首波信号很弱且波形严重畸变。这表明混凝土与钢管壁有较大程度的脱空。声波在传播过程中衰减较大或根本无法到达接收换能器，最终使得波形图严重畸变。
表3
当前通道：3
采样间隔：1.1us
采样点数：1632
延迟时间：24us
触发方式：连发
触发电平：10%FSR
发射脉宽：10us
发射电压：1000v
通频带：2k-80kHz
零声时：18.0us 声时：269.7us，波幅：105.5dB，主频：39.0kHz，放缩：2/1
4结语
以上试验表明，利用超声波技术对钢管混凝土构件进行无损检测是切实可行的，尤其是对首波声时法、首波频率法和波形识别法进行综合判定所作出的结果准确性是可以满足实际要求的。超声波检测法是目前有效检测钢管混凝土质量的首选方法，可以对其进行全面而细致的检查以排除安全隐患。
作者简介：
路立娜（1977-），吉林长春人，长春建筑学院讲师，研究方向：土木工程。 |
|
|
|
【对“钢管混凝土无损检测技术超声波法的研究”发布评论】 |
版权及免责声明：
① 本网站部分投稿来源于“网友”，涉及投资、理财、消费等内容，请亲们反复甄别，切勿轻信。本网站部分由赞助商提供的内容属于【广告】性质，仅供阅读，不构成具体实施建议，请谨慎对待。据此操作，风险自担。
② 内容来源注明“硅谷网”及其相关称谓的文字、图片和音视频，版权均属本网站所有，任何媒体、网站或个人需经本网站许可方可复制或转载，并在使用时必须注明来源【硅谷网】或对应来源，违者本网站将依法追究责任。
③ 注明来源为各大报纸、杂志、网站及其他媒体的文章，文章原作者享有著作权，本网站转载其他媒体稿件是为传播更多的信息，并不代表赞同其观点和对其真实性负责，本网站不承担此类稿件侵权行为的连带责任。
④ 本网站不对非自身发布内容的真实性、合法性、准确性作担保。若硅谷网因为自身和转载内容，涉及到侵权、违法等问题，请有关单位或个人速与本网站取得联系（联系电话：01057255600），我们将第一时间核实处理。
|
|
|
|
