混凝土裂缝深度超声波检测方法.pdf
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1、混凝土裂缝深度超声波检测方法 林维正,苏 勇,洪有根 (同济大学 声学研究所,上海 200092) 摘 要:介绍裂缝深度常用超声检测方法,研究裂缝深度检测新方法,如相位变化法、 横波法 和冲击回波法等。 关键词:混凝土;裂缝深度;超声检验 中图分类号:TG115. 28 +5 文献标识码:A 文章编号:100026656(2001)0820323204 ULTRASONIC TESTING METHODS FOR THE DEPTHOF CONCRETE CRACK LIN Wei2zheng, SUYong, HONGYou2gen (Institute of Acoustics , Ton
2、gji University , Shanghai 200092 , China) Abstract : Conventional ultrasonic testing methods for the depth of a concrete crack are introduced. In addition , new ultrasonic testing methodsfor the depth of a concrete crack are also researched , such asphase variation method , transverse wave method an
3、d impact2echo method. Keywords : Concrete; Crack depth; Ultrasonic testing 混凝土是建筑工程中最主要的用量最大的建筑 材料之一。其质量直接关系到建筑结构的安全,加 强混凝土质量的监控和检测,保证和提高混凝土质 量,是当今建筑工程中的重要课题。 施工不慎混凝土未捣实、 施工中因温度变形和 干燥收缩、 早期施工过载以及混凝土承载后产生受 力损伤等都会形成裂缝,因此,对裂缝的开展深度和 走向进行检测非常必要。 一般工程结构中的梁、 柱、 板和机场跑道出现的 裂缝都属于浅裂缝(开裂深度 50cm)。现在许多 国家都有检测裂缝的规
4、程,但是随着科学技术的发 展,检测裂缝方法也不断发展,本文介绍我们的研究 工作及国内外裂缝检测技术的新进展。 1 裂缝深度常用超声检测方法 对混凝土浅裂缝(深度 3d的测试数据应予以 剔除,余下取平均值为该裂缝的深度值。如果在某 一测距发现首波相位已反转,可用该测距前后几点 数据取平均值,作为裂缝深度值。 2 利用超声波首波相位变化的方法检测裂 缝深度 在裂缝检测实践中发现了因换能器平置裂缝两 侧的间距不同而引起首波幅度及其振幅相位变化的 规律(图 3) 1。 图3 首波幅度及其振幅相位反转变化规律 若置换能器于裂缝两侧,当换能器与裂缝间距 a分别大于、 等于和小于裂缝深度d时,超声波接 收波
5、形如图3bc所示。 首波的振幅相位先后发生了180 的反转变化, 即在平移换能器时,随着a的变化,存在一个使首 波相位发生反转变化的临界点。当ad(图 3c) 时 回折角+ 90 。在该临界点左右,波形变化特 别敏感,只要把换能器稍作来回移动,首波振幅相位 反转瞬间而变。 图4所示裂缝末端衍射波垂直方向的位移相位 是随衍射角变化的,其变化角度(图5)由材质的泊 松比决定。一般混凝土的衍射角+= 90 。 裂缝两侧换能器不对称布置(图6 ) , 接收换能 器不动,移动发射换能器,同样也可以观察到首波相 位的变化,在首波相位反转临界点,此时裂缝深度d =ab。 图4 垂直成分的相位变化 图5 相位
6、变化角和泊松比 图6 换能器非对称布置 工程中现浇混凝土楼板钢筋的间距一般为152 20cm。当混凝土裂缝深度 5cm时,声通路就有可 能被钢筋 “短路” 。检测需在a1.5d的条件下进 行,但现场检测很难满足这一条件,为此,换能器布 置不与钢筋平行,而采用斜测的办法,避免钢筋 “短 路”(图7)。 图7 换能器布置不平行于钢筋 423 林维正等:混凝土裂缝深度超声波检测方法 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 3 用表面波/横波的传播声时测量裂缝深度 测量裂缝深度采用100kHz的SH
7、横波斜探头, 其声压在水平和50 角方向有峰值。50 角方向的峰 值是由斜楔造成的,而水平方向峰值则是由表面波 引起的。对于这种测试,发射与接收探头分别放在 裂缝两边同一平面上,即发射探头至裂缝中心的距 离L1= 20mm ,接收探头至裂缝中心的距离L2= 40mm。实验结果证明了裂缝深度与声传播时间指 数相关,相关系数为0. 977 ,两者间的回归方程为 t =51.54exp(0.008 97 d) (1) 图8为超声波的传播途径,发射探头所激发的 表面波传播到裂缝尖端时转换为横波传播直到被接 收。所以,如果已知表面波声速VR和横波声速 VS,再测量传播时间t ,即可求出裂缝深度。设裂 缝
8、和发射探头之间距离为L1、 裂缝和接收探头之间 距离为L2,有关系式如下 t = L1+ d VR + d2+ L 2 2 VS (2) 图8 表面波/横波传播声时法 4 冲击回波法检测裂缝深度2 冲击回波法是利用小钢球冲击混凝土作为声 源,通过被测混凝土传播,有纵波、 横波和表面波等。 当这些波被宽带换能器接收后,通过时域或频域分 析方法,可以找出被接收信号特征与混凝土的裂缝、 孔洞及厚度等关系。 4. 1 频域分析法 在裂缝一侧,用小球冲击,纵波绕过裂缝尖端传 播,同时纵波传播到底面也被反射,均被另一侧接收 换能器接收。用自制U2Sonic超声检测系统进行 试验。 接收波经过快速傅里叶变换
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