聲波CT在橋梁結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量檢測中的運(yùn)用

1、聲波CT在橋梁結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量檢測中的運(yùn)用摘要:本文首先介紹了國內(nèi)預(yù)應(yīng)力橋梁混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的常見質(zhì)量病害，我們引入聲波CT檢測混凝土質(zhì)量的技術(shù)方法。結(jié)合工程實例，檢測了橋梁結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件混凝土工程混凝土質(zhì)量的優(yōu)劣，并對檢測區(qū)域的混凝土，進(jìn)行鉆芯驗證。通過驗證的準(zhǔn)確性，表明該技術(shù)方法的準(zhǔn)確性和可行性，值得推廣和學(xué)習(xí)。關(guān)鍵詞:聲波CT均勻性離散性預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)混凝土工程如橋墩、橋臺、梁板等大多數(shù)為混凝土結(jié)構(gòu)，所以混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接關(guān)系到預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，混凝土結(jié)構(gòu)物任何一部分出現(xiàn)質(zhì)量問題，都會危及整個預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的安全，因此必須加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)混凝土工程質(zhì)量控制。目前聲波CT檢測預(yù)應(yīng)力橋梁

2、混凝土質(zhì)量是先進(jìn)的無損檢測方法之一，該方法通過對所測混凝土實體的聲學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計分析，確定缺陷異常的具體位置和范圍大小，評價混凝土工程施工質(zhì)量。1預(yù)應(yīng)力橋梁混凝土工程質(zhì)量檢測技術(shù)一聲波CT1.1聲波CT工作原理聲波CT是利用聲波穿透工程介質(zhì)，通過聲波走時和能量衰減的觀測對工程結(jié)構(gòu)成像。聲波在穿透工程介質(zhì)時，其速度快慢與介質(zhì)的彈性模量、剪切模量、密度有關(guān)。介質(zhì)密度大、強(qiáng)度高的其模量大，波速高、衰減??；破碎疏松介質(zhì)的波速低、衰減大；波速可作為混凝土強(qiáng)度和缺陷評價的定量指標(biāo)。聲波CT特別適用于研究工程介質(zhì)力學(xué)強(qiáng)度的分布，在工程檢測中常被用來探查混凝土強(qiáng)度、空洞、不密實區(qū)等結(jié)構(gòu)缺陷。聲波CT具有分辨率高

3、、可靠性好、圖像直觀的特點(diǎn)，已被越來越廣泛地應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)檢測和工程病害診斷中。混凝土的聲波速度可以作為評價混凝土抗壓強(qiáng)度與密實度的定量指標(biāo)?；炷恋牟ㄋ倥c混凝土抗壓強(qiáng)度有正相關(guān)關(guān)系，已有大量理論研究和測試對比數(shù)據(jù)和回歸關(guān)系?？捎糜谠诮蛄旱馁|(zhì)量控制和運(yùn)行橋梁的病害診斷，檢測的分辨率可達(dá)分米級?？纱_定低強(qiáng)度的部位、范圍、程度；為病害整治和施工質(zhì)量控制、工藝改進(jìn)提供依據(jù)。1.2觀測系統(tǒng)布置根據(jù)預(yù)應(yīng)力橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的空間位置，常用的測線布置方式有以下三種，如圖1所示。白色點(diǎn)為接收點(diǎn)，黑色點(diǎn)為激發(fā)點(diǎn)。理論及實踐都證明，三側(cè)激發(fā)一側(cè)接收（即c圖）所得反演效果最好，射線密度達(dá)到要求。所以此次檢測過程中測

4、線采用該方式布置。根據(jù)預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的頂板、底板、腹板和隔板空間位置不同，采用適合的測線布置方法。一般檢測激發(fā)點(diǎn)間距和接收點(diǎn)間距都是25cm。1.3觀測系統(tǒng)完備性評價觀測系統(tǒng)完備是聲波CT結(jié)果可靠性的基本保障。觀測系統(tǒng)的完備性是通過單元的射線密度和射線正交性來衡量的。因而，射線密度和射線正交性就成了表征觀測系統(tǒng)完備性的兩個重要指標(biāo)，他們是觀測系統(tǒng)可靠性評價的有效方法。為保證聲波CT結(jié)果的可靠性和分辨率，要求研究區(qū)內(nèi)每個單元體內(nèi)的射線超過40條，同時要求每個單元體內(nèi)通過的射線其交角至少有一組大于60其交角的正弦值大于0.87。1.4后期成像所用軟件為TDSoft的工程CT，該軟件有模塊化設(shè)計、文

5、件格式要求清晰、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)。軟件共有數(shù)據(jù)輸入、射線追蹤、速度反演三個主模塊和正交性分析一個輔助模塊組成。最后通過網(wǎng)格化、成圖、白化、導(dǎo)出DXF格式等多個步驟的處理，最終得到混凝土聲波CT波速反演圖。2聲波CT檢測混凝土質(zhì)量在實際工程中的應(yīng)用2.1工程介紹某高速公路連續(xù)剛構(gòu)大橋，其位于半徑R=2850米，Ls=300米的左偏圓曲線和緩和曲線上。起點(diǎn)樁號K79+497,終點(diǎn)樁號為K79+885，橋梁全長388米。最大橋高88.6米，主橋最大墩高49.0米。主橋上部結(jié)構(gòu)為(75+140+75)米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，弓I橋上部結(jié)構(gòu)為30米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為空心墩及柱式墩、樁基礎(chǔ)。

6、橋梁結(jié)構(gòu)見圖22.2檢測結(jié)果分析采用聲波CT反演成像技術(shù)對某高速連續(xù)剛構(gòu)大橋0號塊左、右腹板2個剖面進(jìn)行了檢測測試。將采集的數(shù)據(jù)運(yùn)用CT軟件處理，得到混凝土聲波CT波速反演圖?；炷临|(zhì)量測試結(jié)果一般有兩種：混凝土質(zhì)量較好和混凝土質(zhì)量一般；測試結(jié)果分析1:混凝土質(zhì)量較好測試結(jié)果：混凝土平均波速為4.86km/s,變異系數(shù)為0.12km/s,表明混凝土質(zhì)量比較均勻，離散性小，混凝土密實性較好。測試結(jié)果分析2:混凝土質(zhì)量一般測試結(jié)果：混凝土平均波速為4.70km/s,變異系數(shù)為0.18km/s,表明混凝土質(zhì)量相對均勻，離散性較大，混凝土密實性一般。但局部存在波速異常區(qū)域，距離0號塊施工縫8.5-12.0m,距倒角線0-2.0m區(qū)域和距離0號塊施工縫0.0-2.5m,距倒角線6-7.0m區(qū)域，波速相對較低，對橋梁結(jié)構(gòu)受力有一定影響。通過對波速異常區(qū)域進(jìn)行鉆芯驗證，芯樣情況如下圖芯樣1:距0號梁段大里程方向施工縫11.15m高距倒角線o.75m左右;表面有輕微氣孔，有2根平行于芯樣直徑方向的16mm鋼筋，抗壓強(qiáng)度為46.3MPa芯樣2:距0號梁段大里程方向施工縫10.5m,高距倒角線0.90m左右;表面有輕微氣孔，有1根平行于芯樣直徑方向的16mm鋼筋，有1根垂直于芯樣直徑方向的16mm鋼筋，抗壓強(qiáng)度為30.3MPa4結(jié)語通過對某高