拱肋钢管混凝土超声波检测的应用研究

拱肋钢管混凝土超声波检测的应用研究作者/刘峰摘要：本文主要介绍了拱肋钢管混凝土超声波检测原理和拱肋钢管混凝土缺陷识别方法，并结合广丰县永丰大桥应用超声检测拱肋钢管混凝土的缺陷实例进行了分析。关键字：钢管混凝土拱桥超声波混凝土缺陷1、高等到级公路后评价体系包含以下几个方面内容2、路面评价系统主要同以下几个方面组成0概述钢管混凝土作为钢-混凝土的一种，一方面借肋内填混凝土提高钢管壁受压时的稳定性，提高钢管的抗腐蚀性和耐久性，另一方面借肋管壁对混凝土的套箍作用，提高了混凝土的抗压强度和延性，将钢材和混凝土有机地结合起来；在施工方面，钢管混凝土可利用空心钢管作为劲性骨架甚至模板，施工吊装重量轻，进度快，施工用钢量省。由于在材料和施工方法上的优越性，将这种结构应用于以受力为主的拱桥是十分合理的。钢管混凝土的出现解决了拱桥材料与施工的两大难题，在近二十年的来普遍得到土木工程界重视，我国在公路桥梁、工业建筑领域也较多地采用钢管混凝土结构。但由于钢管混凝土受材料及施工工艺措施的影响，常出现某些缺陷，如混凝土材料中的空洞、疏松、低强度区、施工缝、严重的分层离析以及钢管与混凝土胶结不良等，这将直接影响到主体结构的质量。然而，对钢管混凝土的检验目前并无很好的方法。我国虽然制定了《混凝土与钢筋混凝土超声测缺规和》，但针对钢管混凝土的检测规程尚无，根据《钢与混凝土组合结构设计施工手册》要求，本文结合广丰县永大桥拱肋混凝土采用超声方式对混凝土的灌注质量进行了检测研究，研究检测的结果与钻孔取芯结果比较相符。1钢管混凝土超声检测原理钢管混凝土超声检测不同于普通素混凝土或钢筋混凝土，超声波检测在钢管混凝土中主要有如图1（a、b、c、d）所示的传播途径，而采用超声检测缺陷通常有以下几种判断方法：1．1首播声时法（声速）当混凝土内部或钢管与混凝土之间存在缺陷时，在超声波发-收通路上形成了不连续的介质，在缺陷的孔、缝或疏松的窨则充有较低声阻抗的气体或水，声波透过率极低，低频超声波将绕过缺陷各前传播。在传播的距离内，其绕射到达到所需的声时比超声纵波在致的混凝土中直接传播所需要的声时长，反映了存在缺陷的混凝土的超声波声速小。（1）若混凝土与钢管粘结良好，且混凝土质量及强度较高，此时首波声时为超声波穿过钢管壁→穿过混凝土→再穿过钢管壁的时间，即声时为：D-2a2at1=th+tg=--------+------νhvgD若由于管壁与管径之比较小，可略去管壁厚度不计，则：t1=-----vh上两式中：t1为总声时；th为混凝土声时；tg为钢管壁声时：D为钢管壁外径：a为钢管壁壁厚；vh为混凝土声速；vg为钢声速。如图1（a）透射形式。（2）混凝土与管壁有脱粘现象，或尽管粘结良好，但混凝土质量不好，则首波可能沿着钢管壁传至接收换能器，如图1（a）绕射形式。声时为：则采用首波声时法判断混凝土质量的前提是：t2t2将（2）、（3）式代入（4）式得：即当管内混凝土平均声速成低于钢管声速的2/π倍时，不能用首波法判断混凝土缺陷。因为此时，不管混凝土是否有缺陷，首波均通过管壁到达接收换能器。若检测中首先满足（5）式条件，则可以根据首波声时比较，判断出钢管内混凝土的缺陷，这时首波声时走向可能按图1（b）、(c)、(d)。钢管混凝土采用300标号，其超声声速约为4400m./s，沿钢管壁的超声声速约5700m/s。可见，只要混凝土与钢管胶结密实牢固，且钢管混凝土的声速成大于3650m/s，超声法检测接收信号的首波则是沿钢管壁→混凝土→钢管壁的径向传播的超声检测钢管混凝土的质量是可行有效的。1．2波形识别法超声波参量（波形、波幅）随着钢管混凝土的密实度、均匀性不同而变化，由于超声仪发射的脉冲正弦或脉冲余统在传播过程中若遇到界面，特别是固-气界面会发生反射、绕身现象，使得接收到的绕身信号十分微弱（由于声能衰减的结果），如混凝土中存在缺陷和构造的非匀质性，使用权声波因散射、绕射以致相位发生差异，叠加结果导致接收波形畸变，对于钢管壁处胶结不良或裂缝，接收到的波形畸变尤为严重。因此通过判断接收到的脉冲波首波波幅及波形畸变程度，可判断管混凝土内部是否存在缺陷。1．3首波频率法虽然在超声波检测中采用了固定发射频率的脉冲波，但在超声波传播过程中，由于介质的不均匀性，加上内部缺陷，使声波在传播过程中发生反射、折射；频率越高，衰减越大。均匀性越差的混凝土或存在缺陷的混凝土将使高频率声波衰减，到达接收换能器的波大多为较低频率的波。而密实的无缺陷的混凝土则首波频率相对较高，故可根据首波频率判断混凝土密实性及缺陷大小。2检测中应注意的几个问题2．1换能器频率的选择