弹性波CT在混凝土缺陷检测中的试验研究.pdf
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1、2 6 2 建 筑 技 术 A r c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第 4 3 卷 第 3期 2 0 1 2年 3月 Vo 1 4 3 No 3 Ma l 2 0 1 2 弹性波C T 在混凝土缺陷检测中的试验研究 张宇旭 熊 文2 ( 1 黄石理 工学院 , 4 3 5 0 0 3 , 湖北黄石 ; 2 武汉建 工股份 有限公 司 , 4 3 0 0 2 3 , 武汉) 摘要 :通过对室内混凝土模 型试件进行声波测试和C T 成像 ,研 究模型两侧测点数量逐渐减少 的情况下 生成C T 成像图的差异性 , 并与试验模型进行对比分析。结果表明随着
2、导入C T 软件中的测点数量减 少 , C T 成像 图 中缺陷的大小受到一定 的影响 , 但缺陷位 置和陷形状受 的不变 , 进一步说 明通过弹性波C T 成像能直观地 反映混 凝土内部的质量分布 , 通过C T 成像对混凝土内部缺陷的检测是可靠的。 关键词 :两侧透射 ; 声波测试 ; C T 成像 中图分类号 : T U 5 2 8 文献标识码 : A 中图分类号 : 1 0 0 0 4 7 2 6( 2 0 1 2 ) 0 3 0 2 6 2 0 4 STUDY oN EXPER1 M NTS OF ELASTI C W AVE CT I N CoNCRETE DEFECT DETEC
3、TI oN ZH ANG Yu X M XI ONG W e n ( 1 H u a n g s h i I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ,4 3 5 0 0 3,Hu a n g s h i , Hu b e i , C h i n a ; 2 Wu h a n C o n s t r u c t i o n En g i n e e r i n g( G r o u p )C o ,L t d , 4 3 0 0 2 3 , Wu h a n ,C h i n a ) Abs t r a c t : T he d i f f e r e
4、n c e s o f CT i ma g e s u n d e r e a c h s i t u a t i o n o f t h e g r a d u a l d e c r e a s e i mp o r t e d p o i n t s , wh i c h we r e me a s u r e d o n b o t h s i d e s o f t h e mo d e l ,we r e s t u d i e d a n d a n a l y s e s wi t h t h e t e s t e d mo d e l ,t h r o u g h t h
5、e e x p e r i me n t s o f a c o u s t i c t e s t a n d CT i ma g i n g Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e s i z e o f d e f e c t i n CT i ma g e s h a d a c e rta i n i n flu e n c e b y t h e n u mb e r o f i mp o se d p o i n t s r e d u c e Bu t t h e l o c a t i o n a n d s h a p e o
6、 f d e f e c t h a d a c o n s i s - t e n t wi t h t h e a c t u a 1 I t wa s f u rth e r p r o v e d t h a t e l a s t i c wa v e CT c o u l d v i s u a l i z e r e f l e c t t h e d i s t r i b u t i o n o f c o n c r e t e ,a n d d e f e c t d e t e c t i o n o f c o n c r e t e t h r o u g h t
7、h e CT i ma g i n g wa s r e l i a b l e Ke y wo r d s:b o t h s i d e s o f t r a n s mi s s i o n;a c o u s t i c t e s t ; C T i ma g e s 混凝土是现代工程 中最重要 的结构材料之一 , 广 泛应用于道路 、 桥梁、 隧道 、 建筑等方面。 由于混凝土浇 筑过程中 , 内部可能产生空洞 、 裂隙等各种质量缺 陷 , 影响混凝土的相关力学性质 。从而给工程带来安全隐 患 , 须采取有效手段进行缺陷检测 。 弹性波层析成像技 术 ( 简 称C T 技术 )
8、根据检测对 象的弹性波速度与其物理力学参数有较好的相关性 】 1 , 在不损伤“ 检测对象” 的情况下 , 利用检测剖面 上的弹 性波速 , 结合C T 技术进行 反演成像 , 以“ 图像” 的方 式 完整地反映层析面上的内部结构特征 ,以实现质量检 测的 目的12 1 。目前弹性波C T 技术的应用已拓展到科学 和工程等诸多领域 。 特别是在工程地质勘探、 混凝土构 件和堤坝 隐患探 测嘲 、 防渗墙质量检测嗍 、 地基处理 和 加固的效果评价等方面得到广泛应用。在对弹性波C T 图像进行反演成像过程 中发现 ,对同一个试件四侧进 行的声波测试时 , 可实现试件剖面左右、 上下方向的透 射
9、。当射线足够密时, C T 成像将生成 出较高分辨率的 C T 图像5 1 , 但在实际测试工作中 , 由于环境等因素的限 制,往往只能满足进行两侧声波测试的观测条件 , 如 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 1 2 2 7 作者简 介 :张 宇旭( 1 9 7 9 一) ,男 ,湖北 黄梅人 ,讲师 ,硕士 , e m a i l : z h a n g y x _s u n 1 6 3 e o m 井一井观测系统 , 洞一洞观测系统等。 本文通过模型试验对表面存在缺陷的混凝土模型 两侧进行声波测试 , 通过减 少导入C T 软件 的发射点和 接受点 的数量 , 对 比各种情况下生成的C
10、T 图像 , 分析 模 型试件两侧测点的减 少对 所生成 C T图像 的影响关 系 。 1 弹性波C T的基本 原理 弹性波C T 技术在混凝土无损检测中的应用 , 是基 于完整结构混凝土和存在缺陷的混凝土之间存在明显 的弹性纵波波速差异 , 通过走时数据( ) 的拾取和计算 机反演成像技术来重建介质的波速分布图像 ,进而直 观地再现介质的内部结构 6 1 。 假设测区共有, 条测线通过 , 测区划分为J = r x 1 个网 格 , 厶为第i 条射线 ( 发射换能器R和接收换能器s 之 间) 的直线距离, 如图1 所示。用慢度 ( 速度 的倒数 ) 描述测 区介质 , 波的走时为慢度沿射线路
11、径的线积分。 当弹性 波在介质中传播时 ,波的射线走时是速度分布 ( x , y ) 和厶的函数 , 对于 第i 条射线的直观走 时t i , 则可以表示 为 : I 2 0 1 2 年 3 月 张宇旭 : 弹性波C T 在 混凝土缺陷检测中的试验研究 2 6 3 j l 2 2 = 二 = | 图1 弹性波C T 测试原理 S 厶 上式为曲线积分 , 其中 是弧长微 元。式( 1 ) 中除 了直观走时t i外, 靳 个单元格的慢度x j和射线厶 都未知, 因此为非线性参数识别问题。假定通过射线追踪来确 定射线 , 使反演参数只剩下慢度 。把待测区介质用 个单元离散化 , 设每个单元内的慢度为
12、 , , 。 。 这 时射线追踪问题转化为求射线通过的单元 、 坐标 、 射线 长度及走时。对第i 条射线的时间表示为: y i = ( 2 ) i= l 式中 是第i 条射线通过第, 个单元的路径长度。 是第i 条射线的走时值。通过求解大型矩阵方程来重建 发射点和接收点之间的速度分布图像 。根据速度分布 图像可以直观准确地判定缺陷的存在、 位置及大小阎 。 2模型试验 2 1 试 验模 型及 仪 器 试验模型采用高6 0 0 mm。 直径6 0 0 m m的混凝土圆 柱体 。 圆柱体 的上底面 中心处存在一不规则的漏斗坑 , 该漏斗坑在圆柱体表面上的平均直径约2 1 0mm。 深5 3 m
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