鋼管混凝土超聲波檢測

鋼管混凝土超聲波檢測[摘要]鋼管混混凝土的超聲聲波檢測是檢檢測鋼管混凝凝土的密實程程度和均勻性性。本文論述述了鋼管混凝凝土超聲波檢檢測的基本原原理、前提條條件、測點布布置及信號采采集、信號分分類及分析。[關鍵詞]鋼管管混凝土超聲波檢測同一測距聲時幅值頻率一、前言隨著我國高速公公路建設的迅迅猛發(fā)展，公公路橋梁的形形式也從單一一化走向多樣樣化，使我國國的高速公路路更加多彩多多姿，鋼管混混凝土拱橋便便是其中的一一種形式。鋼鋼管混凝土拱拱橋改變了以以往柱托梁、梁梁托板的形式式，它那巨大大的橫梁和橋橋面板是由錨錨固在鋼管拱拱上的高強度度吊桿將其吊吊起，懸浮在在空中。從這這種橋梁的結結構上可以看看出，鋼管拱拱的頂面將受受到巨大的壓壓力，如圖1所示。如果果鋼管拱沒有足夠的抗壓壓能力，將造造成拱斷、橋橋塌、人亡的的嚴重后果。為為了提高鋼管管拱的抗壓能能力，把高強強度的混凝土土用高壓泵送送到鋼管中，并并使其充滿整整個鋼管，以以提高鋼管拱拱的強度，所所以鋼管混凝凝土的質量直直接影響著鋼鋼管拱的抗壓壓能力。如某某高速公路K20＋554.7～K20+6698.3互通跨線鋼鋼管拱橋的鋼鋼管混凝土拱拱經(jīng)超聲波檢檢測，發(fā)現(xiàn)該該橋A、B兩拱鋼管內內混凝土的密密實程度及均均勻性很差以以及混凝土與與鋼管內壁接接觸不良造成成鋼管頂部嚴嚴重脫空。經(jīng)經(jīng)開孔取芯及及抗壓試驗，有50％的砼芯抗壓強度滿足不了C40的抗壓強度設計值，最大脫空70mm。最終判定A、B兩鋼管混凝土拱不合格。所以鋼管拱橋的鋼管混凝土拱在使用前要經(jīng)過超聲波的全面檢測，以保證鋼管混凝土拱必須滿足使用要求。由于鋼管混凝土超聲波檢測開展的時間比較短，還不太被人們所了解，筆者通過對某高速公路K20＋554.7～K20+698.3互通跨線鋼管拱橋的5000多對鋼管混凝土物理點的檢測，對鋼管混凝土超聲波檢測有了一些粗淺的認識，現(xiàn)就自己的檢測實踐和學習研究的體會對鋼管混凝土超聲波檢測的基本原理，前提條件，測點布置及信號采集、信號分類及分析做以下粗淺論述。二、鋼管混凝土土超聲波檢測測的基本原理理超聲波檢測鋼管管混凝土的基基本原理是在在鋼管外徑的的一端利用發(fā)發(fā)射換能器產(chǎn)產(chǎn)生高頻振動動，經(jīng)鋼管圓圓心傳向鋼管管外徑另一端端的接收能器器。超聲波在在傳播過程中中遇到由各種種缺陷形成的的界面時就會會改變傳播方方向和路徑，其其能量就會在在缺陷處被衰衰減，造成超超聲波到達接接收換能器的的聲時、幅值值、頻率的相相對變化。超超聲波檢測鋼鋼管混凝土就就是根據(jù)超聲聲波的聲時、幅幅值、頻率的的相對變化，對對鋼管混凝土土的質量進行行分析判斷。三、鋼管混凝土土超聲波檢測測的前提條件件超聲波穿過鋼管管混凝土到達達接收換能器器的時間必須小于超聲波波通過鋼管壁壁到達接收換換能器的時間間。只有這樣，到達接接收換能器的的首波才能反反映鋼管混凝凝土的質量。如圖2所所示，圖中tt1是超聲波經(jīng)經(jīng)圓心穿過鋼鋼管混凝土到達接收換換能器的時間間，t2是超聲波通通過鋼管壁到到達接收換能器的的時間。經(jīng)對對相同規(guī)格的的空鋼管和充充滿混凝土的鋼管的超超聲波測試，發(fā)發(fā)現(xiàn)超聲波經(jīng)經(jīng)圓心穿過鋼鋼管混凝土到達換能能器的時間tt1小于通過空空鋼管壁到達達接收換能器的時間tt2（見圖3），且滿足足下列公式：：t1=D/CPP①t2=1.577D/0.44Cp②式①中的CP是是混凝土的縱縱波速度，式式②中的CP是鋼的縱波波速度，式①、②中的D是鋼管外徑徑。如果設混混凝土的縱波波速度為4450m／s，鋼的縱波波速度為5850m／s，由t1＝220Dμs，t2＝670Dμs。2．鋼管混凝土土超聲波檢測測必須是在相相同條件相對對比較下進行行。只有這樣樣，才能根據(jù)據(jù)聲時、幅值值及頻率的相相對變化來分分析判斷鋼管管混凝土的質質量，否則，接接收到的聲時時、幅值及頻頻率變化信號號沒有可比性性，無法對鋼鋼管混凝土的的質量進行分分析判斷。所所以在超聲波波檢測鋼管混混凝土時，必必須做到使用用同一臺儀器器，使用同一一對收發(fā)換能能器，采用鋼鋼管外徑為同同一測距，發(fā)發(fā)射同一電壓壓，選擇相同同測試參數(shù)，保保證換能器耦耦合一致。四、檢測點布設設及信號采集集檢測點布設是否否合理與檢測測質量緊密相相關，只有檢檢測點布設合合理才能對鋼鋼管混凝土的的質量進行全全面評價。布布設鋼管混凝凝土測點時，首首先要布設合合理的檢測截截面，然后在在每個檢測截截面上布設合合理的檢測點點。《超聲波波檢測混凝土土缺陷技術規(guī)規(guī)程》CECS221：90的規(guī)定，檢檢測混凝土均均勻性時，測測點間距為0.2～0.5米。總總之，檢測截截面和檢測點點的布設應使使最終檢測結結果能全面反反映鋼管混凝凝土的質量。要全面真實地反反映鋼管混凝凝土的質量，不不但測點要布布設合理而且且采集的信號號還要有效。只只有采集到有有效信號才能能對檢測點處處的鋼管混凝凝土的質量進進行有效分析析和判斷，否否則分析判斷斷的結果不能能反映測點鋼鋼管混凝土的的真實質量。所所以，在采集集信號時必須須要保證測距距一致，選擇擇測試參數(shù)一一致，換能器器耦合性一致致，排除干擾擾造成的異常常信號，采集集穩(wěn)定的有效效信號。五、檢測信號分分類及分析鋼管混凝土的質質量有好有壞壞，接收換能能器接收到的的信號也就隨隨之而變，而而常遇到的信信號可以大致致分為以下幾幾類：1．聲時短、幅幅值大、頻率率高這種情況表明超超聲波穿過的的鋼管混凝土土密實均勻，沒沒有缺陷。2．聲時長、幅幅值小、頻率率低這種情況表明鋼鋼管混凝土中中存在著缺陷陷，而且缺陷陷的位置是在在有效接收聲聲場的中心軸軸線上即收發(fā)發(fā)換能器的連連線。由于缺缺陷是在有效效接收聲場中中心軸線上，使使得超聲波產(chǎn)產(chǎn)生繞射改變變了傳播路徑徑，其能量也也在缺陷受到到了散射衰減減和進一步的的吸收衰減，導導致超聲波到到達接收換能能的時間變長長，幅值變小小頻率降低。而而鋼管混凝土土的缺陷可分分為兩大類，一一是混凝土自自身的缺陷（如如離析、蜂窩窩、裂隙、泥泥砂夾層、夾夾泥等），二二是鋼管內混混凝土與鋼管管內壁接觸不不緊密而造成成的脫空缺陷陷。以上二者者都可以使超超聲波到達接接收換能器的的時間變長、幅幅值變小、頻頻率降低，但但后者的混凝凝土自身未必必有缺陷。有有時聲時變長長、幅值變小小、頻率降低是混凝凝土自身缺陷陷與脫空缺陷共同造成的。要要具體分析使使聲時變長、幅值變小、頻率降低是由哪類缺陷造成的，還應應結合敲擊、取取芯等方法加以判別。圖圖4、圖5中的鋼管外外徑為750mmm，鋼管內的的混凝土強度度設計值為C400。從圖4中可以看出出超聲波穿過無缺陷陷的鋼管混凝凝土的波形與穿過有缺陷的的鋼管混凝土土的波形相比在聲時、幅值值、頻率上有有很大的變化。圖4中的11表示混凝土土自身缺陷，2表示脫空缺陷陷，S表示發(fā)射換換能器，R表示接收換能能器。3．聲時短、幅幅值小、頻率率低（1）鋼管混凝凝土中的缺陷陷不在有效接接收聲場的中中心軸線上，而而是在有效接接收聲場覆蓋蓋的空間內，以以致聲線仍然然通過有效接接收聲場的中中心軸線，聲聲時不會改變變，然而有效效聲場空間里里的缺陷使得得聲能受到衰衰減，導致幅幅值變小頻率率下降，如圖圖5所示。（2）鋼管混凝凝土中的缺陷陷雖然在有鏟鏟接收聲場的的中心軸線上上，但是缺陷陷足夠小。在在這種情況下下雖然聲能受受到衰減使得得幅值變小頻頻率降低，但但是超聲波在在缺陷處產(chǎn)生生繞射后路徑徑改變不明顯顯，以致聲時時變化很小。（3）鋼管混凝凝土本身并沒沒有缺陷，但但是由于換能能器與鋼管外外壁耦合不良良，也會造成成幅值變小、頻頻率下降而聲聲時變化很小小的現(xiàn)象。這這種現(xiàn)象是在在檢測過程中中由人為因素素造