钢管混凝土缺陷超声波定量检测技术初步研究.pdf
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1、公路 交通技术2 0 1 2年 4月 第 2期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t A ! : ! : 钢管混凝土缺陷超声波定量检测技术初步研究 张春雨, 杨春雷 ( 云南省公路科学技术研究院, 昆明6 5 0 0 5 1 ) 摘 要: 参阅国内外钢管混凝土拱桥设计、 施工和检测的文献资料, 对超声波用于钢管混凝土拱肋脱粘厚度和混凝 土空洞尺寸的定量检测技术开展研究, 并将其用于实桥拱肋缺陷定量检测, 取得初步成果。 关键词: 钢管混凝土拱桥; 混凝土密实度; 无损检测; 超声波 文章编号 : 1 0 0 9
2、 6 4 7 7 ( 2 0 1 2 0 2 0 0 6 7 0 4 中图分类号 : U 4 4 8 3 3 文献标识 码 : A Pr e l i mi n a r y St u d y o n Ult r a s o n i c Qu a n t it a t iv e Te s t i n g Te c h n o lo g y f o r De f e c t s o f S t e e l Tu b e Co n c r e t e Z HANG C h u n y u,YANG C h u n l e i Ab s t r a c t :By r e f e r e nc e t
3、o d o c ume n t a t i o n o f d e s i g n,c o n s t r u c t i o n a n d d i c t i o n o f s t e e l t u b e c o n c r e t e a r c h b r i d g e s a t h o me a n d a b r o a d,t h i s p a p e r d e v e l o p s s t u d y o n u l t r a s o n i c q u a n t i t a t i v e t e s t i n g t e c h n o l o g y
4、 f o r d e b o n d i n g t h i c k n e s s o f s t e e l t ub e c o nc r e t e a r c h r i b s a nd c o n c r e t e h o l l o w s i z e a n d a p p l i e s i t t o qu a n t i t a t i v e t e s t i n g for d e f e c t s o f a r c h r i b s o f r e a l b r i d g e s a n d h a s a c hi e v e d p r e l
5、i mi n a r y r e s u l t s Ke y wo r ds :s t e e l t u b e c o n c r e t e a r c h b r i dg e;c o mp a c t e dn e s s o f c o n c r e t e;n o n d e s t r u c t i v e t e s t i ng;u l t r a s o n i c 1 研究背景 钢管混凝土是在钢管内填充混凝土 , 使钢管 和 混凝土在受力方面实现优势互补。钢管混凝土拱肋 中混凝土缺陷产生的原 因较多 , 且在实际工程中很 难避免。通常 , 钢管 混凝土 主要有 以
6、下几种 缺陷 : 1 )泵送过程中排气 不畅引起气孔缺陷 ; 2 )混凝土 本身质量引起缺陷 ; 3 )外界温度及钢管混凝土材料 间的温差对拱肋质量产生很大影 响。钢管与混凝土 的吸热 、 散热速度相差很大 , 会加速混凝土的收缩和 徐变。如此 日积月 累反复作用 , 钢管受 残余变形 的 影响将相对变大 , 而管 内混凝土因徐变 、 收缩 的影 响 则相对变小 , 钢管管壁与混凝土会产生一定的脱离 。 2 超声波用于钢管混凝土缺陷厚度定量检 测分析 的原理及使用条件 2 1 钢管混凝土拱肋缺陷厚度定量检测分析原理 设超声波波速通过无缺陷和有缺陷钢管混凝土 的时间分别为 t 和 t , 并假定
7、 d为钢管壁的厚度 , 为超声波通过钢管的声速 , 为超声波通过混凝土 的声速 , V 为超声波通过空气的声速 , D为钢管内混 凝土的直径 , h为钢 管混凝 土内部 空洞或脱空厚度 收稿 日期 : 2 0 1 1 1 21 0 作者简介 : 张春雨( 1 9 7 9一) , 男 , 黑龙江省兰西县人 , 硕士 , 工程师 尺寸 , 则 t: 2d v ,+ Dv , t =2 d v +( D h ) v +h v 。 由以上 2式可得 h = ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 显然 , 1 0 v ,故 h ( t 一 ) :A t v 。 ( 4 ) 即 h约等于超声波在有缺陷和无缺
8、陷钢管混凝 土中传播时, 首波声时差与其在空气中传播速度的 乘积 。 2 2使用条件 公式( 1 ) 一( 4 ) 简洁导出了钢管混凝土拱肋中 混凝土空洞和脱空尺寸定量检测 的基本公式 , 但由 于超声波传播途径的复杂性和混凝土结构材质的不 均匀性 , 应用公式( 3 ) 时需注意如下条件。 1 )超声波检测方 式采用沿直径方 向的透射波 检测。沿直径方 向的透射波应先于沿钢管壁传播透 射波到达 , 否则无法采用首波检测钢管混凝土拱肋 脱空厚度和混凝土空洞尺寸, 即沿直径方向传播的 声时 t 须小于沿钢管壁传播的声时 t 。 一n t d =2 d v + D v t = 。 ( 5 ) 学兔
9、兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 2生 由式 ( 5 ) 可得 : d D 0, ( 7) -I - v c C 0s 即 。 ( 8 ) 式( 8 ) 中代人 = 5 7 0 0 m s , 则知 必须大于 3 1 4 2 m s 。当混凝土中超声波波速低于该速度时, 通过钢管壁传播 的超声波将成为首波, 此时, 理论上 无法采用首波检测钢管混凝土拱肋脱空厚度和混凝 土空洞尺寸。 2 )定量检测钢管混凝土拱肋脱空厚度和混凝 土空洞尺寸 一, 钢管混凝土拱肋脱空厚度和混凝 土空洞尺寸超过该上限时, 理论上无法采用首波对 其进行定量检测 , 此
10、上限值为: h ( t 一t d ) 。=A t 。 ( 9 ) 当超声波通过混凝土的波速下降时, 声时在增 加 ; 若超声波通过混凝土 的声 时超过通过钢管壁 的 传播声时 , 则将无法测出混凝土的内部缺陷 ; 定量检 测钢管混凝土拱肋脱空厚度和空洞尺寸的 h 随超 声波波速的下降而下降。 定量检测钢管混凝士拱肋脱空厚度和空洞尺寸 不仅有 h , 还有实际上限 h , 而 h 一 是 由于透 射波迟于折射波或绕射波到达测点而未能成为首波 所致。 h 包括 2种情况 , 一是空河的实际上限 , 一 是脱空的实际上限。 ( 1 )空洞缺陷定量检测实际上限 。 设 r 为超声波在缺陷位置发生折射或
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