冲击回波法识别混凝土缺陷试验研究.pdf
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1、2 0 1 2年 第 2期 f 总 第 2 6 8期 ) Nu mb e r 2i n 2 O1 2 ( T o t a l NO 2 6 8) d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 l 2 0 2 0 0 3 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORET I CAL RESE ARCH 冲击回波法识别混凝土缺陷试验研究 万里 , 。韩晓健 ,汪博 ,杨放 ,冯金强 ( 1 南京工业大学 土木学院,江苏 南京 2 1 1 8 1 6 ;2 南京地下铁道有限责任公司,江苏 南京 2 1 0 0 1 7 ) 摘要:
2、在混凝土试件中预制了不同尺寸、 不同类型的缺陷, 采用冲击回波测试方法对其进行了检测 , 对测试得到的曲线进行了时或和 频域分析, 提出了在实际工作中进行缺陷的方法, 并给出了缺陷识别的建议。 关键词: 冲击回波;混凝土;缺陷;检测 中图分类号 : T U5 2 8 0 7 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 0 8 0 3 Ex pe r i m e nt a l s t ud y On t he i m p ac t - ec h o t es t f or t h e f l a w de t ecti on o f
3、c onc r e t e s t r u ct u r e WANL i , H ANX i a o - j i a n , WA NGBo , Y ANGF a n g , F E NGJ i n q i a n g ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , Na n j i n gU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , Na n j i n g2 1 1 8 1 6, C h in a 2 Na n j i n g Me t r oCo , L t d , Nanj
4、in g 2 1 0 0 1 7 , C h i n a ) Abs t r a ct: A c o n c r e t e s l a b wi t h d i ffe r e n t i mp e r f e s wa s d e t e c t e d b y i mp a - e c ho me t h o d S o me fla ws we r e f o u n d i n the c o n c r e t e s l a b t h r o u g h the c n J- v e s g e n e r a t e d b y the impa c t e c ho i n
5、 s t r ume n t s Bo th the ti me a n d f r e q ue n c y d o ma i n me t ho d we r e u s e d t o a na l y z e d the c ur v e s Ba s e d o n the t e s t r e s u l t s , me tho d a nd s o me a d v i c e s we r e p r o p o s e d Ke y w o r ds : i mpa c t e c h o; c o n c r e t e; fl a w; d e t e c t i o
6、 n 0 引言 1 冲击回波试验及 结果 冲击回波方法( I mp a c t - E c h o Me t h o d ) 是用于测试混凝土内 部缺陷的有效检测方法。 此方法通过敲击混凝土表面, 使其内部 产生P波、 s波以及表面产生R波, 三种应力波。 应力波在混凝土 内部传播反射形成回波, 通过传感器检测初始敲击产生的和反映 形成的应力波, 并计算和分析得到波在其内部传播所用时间, 结 合波速得到测混凝土的厚度。 该方法的优点在于不需要破坏混 凝土, 并且克服了传统的超声波检测技术需要在被测试面的另一 侧设置声波接收装置的缺点, 具有适用面广、 检测准确的优点1 。 但混凝土是由多种材料
7、复合而成 , 应力波在混凝土中的传 播状态要比均匀介质中复杂得多。 1 9 8 3年开始, 美国 N B S就已 经开始了混凝土内部缺陷无损检测的研究工作。 基于对已有测 试技术的回顾, C a r i n o和 S a n s a l o n e ( 1 9 8 4 ) 开始研究固体的介质 属性对于应力波传播特性的影响嘲 。 S a n s a l o n e和 C a r i n o ( 1 9 8 6 ) 正式将应力波检测方法称之为“ 冲击回波” 法。 采用时域波形很难判断哪个是缺陷的反射波 , 尤其是当在 反射波后又出现二次或三次反射波, 或出现多个反射波时, 多个 波形叠加后很难判断
8、反射体是何种缺陷, 缺陷形状和大小的判 定就更为困难3 - 4 。 F F T方法用于应力波分析 , 从应力波的频谱 特征上分析了应力波在含缺陷混凝土中的传播特征5 。 冲击回波法应用广泛 , H s i a o将其应用于混凝土砌块的检 测旧 , L i n等人总结了冲击回波测试中的一些经验闭 。 目前, 冲击 回波无损检测方法已经被写入了美国国家标准( N I S T ) , 并且被 美国 A S T M和美国混凝土委员会所采用嘲 。 - 试件为预制有缺陷的混凝土板, 尺寸为2 0 0 0 mmx 5 0 0 a i m, 厚 2 0 0 mr n , 混凝土配合比及强度等级未知。 并且混凝
9、土中还间 距 1 5 0 mlT l 沿宽度方向布置有 + 1 o的钢筋。 混凝土板中埋有不 同直径的P VC管, 用以模拟混凝土中的孔洞。 另外还预制有 6 种 不同尺寸、 宽度、 位置的缝隙, 如图 1 所示。 试验采用 Ol s o n I n s t r u me n t s 生产的冲击回波扫描仪, 并配合 其 F r e e d o mDa t aP C以及 I E S c a n n e r P u l s e r 模块, 组成了完整的 冲击回波测试和采集系统。 在试件表面画有测线, 如图 1 所示 , 试件表面共有4条测线, 分别是 L i n e l - 4 。 测线之间间距
10、1 0 0 mm, 沿试件纵向布置。 O l s o n I n s t r u me n t s的传感器和击锤一同集成 于扫描用小车之上, 在连接好各个功能模块后 , 启动相应的采 集和分析软件, 并将小车沿测线滚动。 在小车滚动的同时, 每隔 收稿 日期 :2 0 1 1 - 0 7 - 2 5 基金项目:水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心开放课题( 2 O l O O 4 ) 8 击l 0 1 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I O 图 1 试件尺寸及缺陷位置( 单位 : mm) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 固定距离, 小车上的击
11、锤就会敲击被测试面 , 在被物内部形 成应力波,同时小车上的传感器和 F r e e d o m D a t a P C的数据采 集模块完成了对波的采集和分析工作。 为了提高混凝土构件的 测试效率, 整个过程由程序自动触发控制。 图 2 是初步数据分析结果, 从中可以发现, 部分差异较大的 点还未经过修正, 存在数据异常点 , 试件数据的一致性较差 , 仅 能直接识别部分缺陷。 此外, 直接由默认参数测得的无缺陷位置 的混凝土厚度与实际值相差太大, 因而测试结果需要进行修正。 1 2 0 0 9 6 0 交 7 2 0 殴48 0 2 4 0 2 0 图 2冲击回波测试 结果 2 结果分析及修
12、正 2 1 主要分析参数 根据冲击回波测试方法的原理, 应力波在混凝土内部的传 播速度是影响其测试精度的最重要的因素。 应力波在混凝土中 的传播速度并不是固定的, 随着混凝土中骨料品种、 水泥品种、 外加剂、 龄期、 配合比、 含水率、 温度等因素的影响, 应力波的传 播速度差异可达到 2 0 以上。 为了保证测试精度 , 由于试件厚度已知, 本研究根据测试 结果将波速修正为 4 0 0 0 r n s 。 另外, 在初步进行测试时, P波和 S 波的速度可以根据式( 1 ) 、 ( 2 ) 进行计算。 P波波速 : Cp = S波波速 : c s: 1v 式中: E混凝土弹性模量; G剪切模
13、量; 泊松比; p 密度。 由于对数据采集的过程中不可避免地受到各种噪声的影 响, 因而滤波函数和带宽同样是影响其准确度的重要因素。 假定 混凝土中的应力波波速恒定, 则 P波传播过程中的 I 阶主频应 在式( 3 ) 计算值附近。 产 鲁 ( 3 ) 式中: 混凝土的厚度; 卜一 I 阶主频计算值; _P波波速, 可以通过式( 1 ) 计算得到。 因而滤波算法中的频率 中值应尽量控制于 1 0 0 0 0 Hz附 近。 除此之外, 受仪器的测试范围( 7 5 5 1 c m ) 的影响, 其存在最 小测试厚度 , 为了测试出不同缺陷的厚度 , 因而将其滤波函数 设为带通滤波, 带宽为 4 0
14、 0 0 - 2 5 0 0 0 H z 。 2 2 测试结果分析 如前文所述 , 小锤在冲击的过程中会形成 3种波, 反映在 时频信号中如图 3所示。 可以看到在冲击开始一瞬间, R波最 先传播到传感器, P 波与之存在一个时间差 l 。 坦 t 图 3 时域信 号中的 R波与 P波时域关 系 对于时域信号, 在调整前由于受到 R波的干扰 , 频域信号 无法找到正确的峰值, 为了提高信号分辨率 , 需要对时域信号 进行调整。 如图 4 所示 , 对时域信号进行适当地缩减, 从而使 1 0 8 4 6 篓 一 - 6 4 一 J _ 馨 鞲 0 1 0 0 0 8 O O 6 鞲 0 O 4
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