沖擊彈性波定位法在預(yù)應(yīng)力孔道注漿64畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）報告題 目 學(xué) 院 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 年級 級 指導(dǎo)教師 畢業(yè)教務(wù)處制表畢業(yè)學(xué)生姓名： xx填寫 學(xué)號： xx填寫 專業(yè)： xx填寫 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 指導(dǎo)教師意見：（請對論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實驗結(jié)果和計算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。） 指導(dǎo)教師結(jié)論： （合格、不合格）指導(dǎo)教師姓名所在單位指導(dǎo)時間畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評閱意見表 學(xué)生姓名： xx填寫 學(xué)號： xx填寫 專業(yè)： xx填寫 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 農(nóng)村宅基地測量技術(shù)研究 評閱意見：

2、（請對論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實驗結(jié)果和計算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。）修改意見：（針對上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見。評閱成績合格，并可不用修改直接參加答辯的不必填此意見。）畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱成績 （百分制）： 評閱結(jié)論： （同意答辯、不同意答辯、修改后答辯）評閱人姓名所在單位評閱時間論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本人所呈交的本科畢業(yè)論文農(nóng)村宅基地測量技術(shù)研究，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻(xiàn)、資料均已明確注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人

3、獨立完成，不包含他人成果及使用過的材料。對論文的完成提供過幫助的有關(guān)人員已在文中說明并致以謝意。本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒有違反學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范，沒有侵權(quán)行為，并愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律責(zé)任和法律后果。 論文作者（簽字）： xx填寫日期：xx填寫年月日題目：沖擊彈性波定位法在預(yù)應(yīng)力孔道注漿景明成 丁文海 林燕生摘? 要：預(yù)應(yīng)力混凝土梁因其經(jīng)濟(jì)性和安全性在橋梁工程中得以廣泛應(yīng)用。其中孔道注漿密實度在很大程度上決定了預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的承載力和耐久性。本文通過分析現(xiàn)有無損檢測方法，并結(jié)合沖擊彈性波的多種檢測方法，如：沖擊回波法、沖擊回波等效波速法等，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力梁孔道注漿密實度的定位檢測并評價分析。

4、同時，依托實際工程，進(jìn)行現(xiàn)場驗證，分析其優(yōu)缺點并提出解決方案。結(jié)果表明該方法，在對預(yù)應(yīng)力孔道注漿檢測試驗中，效率高、精度好，為預(yù)應(yīng)力橋梁的檢測提供了有效、可靠的檢測方法。關(guān)鍵詞：沖擊回波法;沖擊回波等效波速法;沖擊彈性波法;超聲波法0 引言預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在公路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用飛速發(fā)展，其應(yīng)用范圍擴(kuò)大到輕軌建設(shè)、高層建筑、基礎(chǔ)工程等新領(lǐng)域，所以對預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道注漿質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。而目前國內(nèi)外尚無相應(yīng)統(tǒng)一規(guī)范因此造成實際使用方法良莠不齊，難以辨識其精度和準(zhǔn)確性?，F(xiàn)針對工程中常見的無損檢測方法進(jìn)行介紹，并通過理論與實踐結(jié)合詳細(xì)分析沖擊彈性波法在預(yù)應(yīng)力孔道注漿密實性檢測中的應(yīng)用原理和優(yōu)勢。1 常見

5、無損檢測方法對比現(xiàn)有注漿密實度檢測，國內(nèi)外研究人員開發(fā)了多種方法。按測試所采用的媒介來分，大致可以分為：1.1 鉆芯、鉆孔檢測鉆芯、鉆孔由于其客觀性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高、快速直接而無法替代。但該方法屬于局部破損檢測方法，由于其工作量大、效率低、費用較高、容易對預(yù)應(yīng)力鋼束造成損傷破壞結(jié)構(gòu)等因素，無法大面積的檢測，常用于作為無損檢測方法或者對有疑問的位置進(jìn)行驗證的輔助手段。1.2 基于電磁波的檢測方法地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)在工程地質(zhì)勘查、隧道襯砌檢測、路基路面檢測等區(qū)域廣泛應(yīng)用。其基本原理是利用電磁波反射，因此其具有精度高、檢測速度快，可以直觀出圖等優(yōu)點。但由于其受金屬屏蔽作用影響，對于橋梁大部分位置鋼筋密

6、集、雙層鋼筋，而且如波紋管為金屬材料，探地雷達(dá)受金屬影響較大的無法有效應(yīng)用該方法。1.3 基于超聲波的檢測方法超聲波法非金屬試驗，目前在樁基里應(yīng)用較多，其主要利用材料的阻抗差異進(jìn)行測試。梁的孔道結(jié)構(gòu)尺寸較大，需要從板的兩面對測，而且需要耦合，因此作業(yè)性差，效率低，難以實用。另外，因超聲波頻率更高，對于微小的混凝土內(nèi)部缺陷也比較敏感，更增加其測試難度1。1.4 基于放射線的檢測方法根據(jù)該方法判明的注漿空洞大小和位置，與梁體局部解剖結(jié)果一致。但射線成像法使用的儀器較為昂貴，且對人體有害，在檢測時需要確保一定的安全范圍，但其穿透能力有限，雖結(jié)果直觀、準(zhǔn)確，但在實際工程中可行性較差。針對其他無損檢測方

7、法的局限性和適用性，本文提出基于沖擊彈性波的檢測方法：沖擊彈性波的基本性質(zhì)與超聲波類似，但由于其能量大、頻率低、透過性好，可測試大體積結(jié)構(gòu)，受鋼筋等影響很小，并適合于頻譜分析，同時填補(bǔ)了雷達(dá)和超聲法的局限范圍，因此在土木檢測工程中得到廣泛應(yīng)用。對于預(yù)應(yīng)力孔道注漿密實度檢測，沿孔道位置在側(cè)壁進(jìn)行逐點敲擊，通過回波進(jìn)行分析，便可快速得出結(jié)果。因此具有其他各方法所無法代替的優(yōu)勢。該方法也被認(rèn)為是最有前景的方法。2沖擊彈性波定位檢測法2.1測試原理定位檢測是利用人工激發(fā)的彈性波在不同彈性力學(xué)介質(zhì)中傳播規(guī)律的不同，研究對應(yīng)介質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)的一種間接物理測試方法2。該方法基于彈性波運動學(xué)原理，利用

8、多向介質(zhì)彈性和密度的差異，通過觀測和分析評價對象對人工激發(fā)彈性波的響應(yīng)，推斷響應(yīng)介質(zhì)的性質(zhì)和形態(tài)。定位檢測包括三種分析方法：（1）激振的彈性波在缺陷處會產(chǎn)生反射，即沖擊回波法;（2）激振的彈性波經(jīng)過缺陷時，從梁板對面反射回所用時間比灌漿密實的位置長3，其等效波速變慢，即沖擊回波等效波速法;（3）當(dāng)激振信號產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)自由振動的半波長與缺陷的埋深接近時，缺陷反射與自由振動可能產(chǎn)生共振的現(xiàn)象，使得自由振動的半波長趨近于缺陷埋深，即沖擊回波共振偏移法。上述三種方法均采用同一數(shù)據(jù)和同一頻譜分析，僅在云圖判讀上有所不同。一般而言，IE法是基礎(chǔ)，適合于徑深比加大的情形。IEEV法適合于壁厚較小，底部反射明顯

9、的情形。而IERS法則相反，適合于壁厚較大，底部反射不明顯的情形。2.2檢測方法沿孔道軸線的位置，以掃描的形式逐點進(jìn)行激振和接收信號。通過分析激振信號從波紋管以及對面梁板側(cè)反射信號的有無、強(qiáng)弱、傳播時間等特性，來判斷測試點下方波紋管內(nèi)缺陷的有無及類型。3 應(yīng)用難點和解決方案3.1應(yīng)用難點根據(jù)預(yù)應(yīng)力孔道注漿工藝，因漿料自重等問題，孔道的高處最容易出現(xiàn)問題。而且因施工時振搗等問題，有可能使波紋管位置發(fā)生變化，從而導(dǎo)致后期檢測時無法準(zhǔn)確定位孔道，增加檢測難度。對于預(yù)制箱梁，其底板可能為雙排孔道，或者整體厚度較大，類似于現(xiàn)澆梁的情況，即整體梁板厚度大于0.8米，而且可能有多孔道并排。這樣常規(guī)的沖擊回波

10、法可能因尺寸過大，無法看到板底有效反射，而且多孔道如果存在注漿缺陷無法區(qū)分判定。在交通工程中，孔道主要采用兩類波紋管，即鐵皮和PVC波紋管。盡管PVC波紋管在與混凝土間粘結(jié)性能等方面要低于鐵皮波紋管，但由于其施工方便也有廣泛的應(yīng)用。由于阻抗的關(guān)系，兩類波紋管對彈性波的反射不同，從而對灌漿密實度缺陷的檢測也有一定的影響。3.2解決方案（1）定位測試中等效波速法。該方法常用于壁厚較小，底部反射明顯時。即當(dāng)存在灌漿缺陷時，彈性波波線（或部分）傳播距離增加，時間延長。對于位于梁中央的全空管，在其中心投影點激振，其從對向反射回來的最長和最短路徑分別為：若不考慮波紋管材質(zhì)的影響，則在典型工況下，全空管造成

11、的等效波速的滯后為（如表1）：對于局部缺陷（如半空），測試方向的影響很大。若從上、下方向測試，半空管的反應(yīng)與全空相同。而從水平方向測試，則半空缺陷造成的等效波速的滯后要小于全空。因此，即使灌漿缺陷僅為局部，或者測線不在缺陷的正上方也可進(jìn)行判定4。（2）定位測試中共振偏移法。該方法常用于現(xiàn)澆梁壁厚較大或者多個孔道并排的情況。只需設(shè)置孔道埋深和波紋管直徑，用于分析孔道上方自振周期。對于通常的預(yù)應(yīng)力混凝土梁（C50），各激振錘得到的彈性波自振周期大約為（如表2）：因此，在孔道上面測得的自振周期與灌漿密實部位或混凝土中測得的自振周期有所變化，且其對應(yīng)反射深度與孔道埋深接近時，表明孔道灌漿有缺陷。當(dāng)測試

12、結(jié)構(gòu)厚度較厚，難以采用等效波速法時，可采用本方法。其中，激振錘的選取十分重要，應(yīng)盡量選取與孔道埋深相對應(yīng)的激振錘，使得激發(fā)的彈性波頻率與孔道的反射頻率相近卻又不完全相同，此時的測定效果最為理想5。（3）定位測試中波紋管類型的優(yōu)化。根據(jù)彈性波的反射理論，機(jī)械阻抗的變化6決定了反射信號大小和相位（如圖1）。鐵皮管壁、PVC管壁、混凝土、缺陷的阻抗的大小順序為：鐵皮混凝土PVC缺陷空洞。因此，鐵皮波紋管處對彈性波是逆向反射，PVC和缺陷則是正向反射。由于管壁很薄，會出現(xiàn)鐵皮波紋管的反射和缺陷處的反射互相抵消，而PVC與缺陷的反射則是相互增強(qiáng)的現(xiàn)象（如表3）。所以，不能僅憑缺陷處的反射信號的強(qiáng)弱來判斷

13、，而是要結(jié)合等效波速法，即梁板對面反射信號的傳播時間進(jìn)行綜合考慮。4 檢測應(yīng)用4.1灌漿檢測實例一對在建公路大橋預(yù)應(yīng)力梁進(jìn)行灌漿密實度缺陷定位檢測。測試孔道壁厚為20cm，測試采用17錘及帶阻尼控制裝置的傳感器。首先采用逐點線性測試密實孔道或無孔道位置的混凝土，測試等值線云圖（如圖2）所示，橫坐標(biāo)為反射時間或?qū)?yīng)厚度，縱坐標(biāo)為測試長度，暖色表示反射信號，色彩越暖即越偏向紅色表示反射信號越強(qiáng)?？梢姌?biāo)定信號規(guī)則，梁板對面反射信號明顯，測試厚度與實際厚度基本一致，即測試反射時間與實際厚度反射時間基本一致。以此作為判定標(biāo)準(zhǔn)，并以藍(lán)色標(biāo)線表示。圖2 定位標(biāo)定圖對灌漿質(zhì)量未知的孔道位置進(jìn)行定位檢測，（如圖

14、3）左所示，反射信號相較于標(biāo)定線明顯出現(xiàn)延遲偏移，可判定該測試段存在灌漿質(zhì)量缺陷。鉆孔驗證如圖6右所示，孔道波紋管內(nèi)僅有少量灌漿料。4.2灌漿檢測實例二對公路橋梁在建項目進(jìn)行灌漿定位檢測。30米箱梁，塑料波紋管直徑55毫米，梁體和灌漿料強(qiáng)度為C50。每個孔道從距端頭0.1米開始測試，間隔0.2米測試一個點，梁端起0.1米至2.7米腹板厚度為0.3米漸變至0.18米;梁端起2.7米至3.7米腹板厚度為0.18米。首先進(jìn)行線性標(biāo)定（如圖4），反射信號云圖明顯展示了梁板厚度漸變特征，且信號規(guī)則。對灌漿質(zhì)量未知的孔道位置進(jìn)行定位檢測，（如圖5）左所示，反射信號相較于標(biāo)定線明顯出現(xiàn)延遲偏移，判定該測試段

15、存在灌漿質(zhì)量缺陷。鉆孔驗證（如圖5）右所示，孔道波紋管內(nèi)灌漿不飽滿或存在松散現(xiàn)象。4.3 定位灌漿質(zhì)量的評價灌漿質(zhì)量檢測目前沒有正式頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，雖然有山西、福建、浙江等地頒布的地方標(biāo)準(zhǔn)，但各標(biāo)準(zhǔn)對定位檢測最終評價并不統(tǒng)一。在課題組所處的甘肅更是沒有地方標(biāo)準(zhǔn)，鑒于此課題組在大量試驗的基礎(chǔ)上，并參考已頒布的地方標(biāo)準(zhǔn)，提出灌漿質(zhì)量定位評價標(biāo)準(zhǔn)7。利用定位測試中缺陷的比例，即灌漿密實度指數(shù)來對孔道質(zhì)量進(jìn)行評價。其中：為定位測試的點數(shù)：為測點的灌漿狀態(tài)，即良好：1，小規(guī)模空洞或松散型空洞：0.5，大規(guī)?？斩矗?。采用灌漿密實度指數(shù)時，要注意測點選取位置以及測點數(shù)的影響。在實際測試中，可以對孔道全長進(jìn)

16、行檢測，也可以對易于出現(xiàn)缺陷的區(qū)域進(jìn)行局部抽檢。顯然，對孔道全長的檢測得到的會低于局部抽檢得到的值，因此，當(dāng)采用局部抽檢對孔道全長進(jìn)行評價時，應(yīng)做相應(yīng)的修正。5 結(jié)語沖擊彈性波定位檢測方法在實際檢測中只需一個側(cè)面，可以不使用耦合劑，現(xiàn)場只需對孔道定位即可快速測試。而且在孔道出現(xiàn)偏移、更換波紋管材質(zhì)時均可進(jìn)行檢測，大大提高了應(yīng)用范圍。另外因一般檢測對混凝土要求較高，需保證混凝土質(zhì)量相對較好，否則混凝土中缺陷對結(jié)果影響較大。而沖擊彈性波定位法因其頻率低、波長較大、能量大，相對其它方法受混凝土的影響更小，有利于對真實情況進(jìn)行判斷。根據(jù)現(xiàn)場不同結(jié)構(gòu)情況，采用不同的方法進(jìn)行分析。對于一般預(yù)制梁，因其壁厚

17、小、單排孔道，直接用沖擊回波和等效波速法進(jìn)行分析，并可以用波速和頻譜分別判斷評價;而現(xiàn)澆梁中壁厚大、多排孔道等情況，通過共振偏移法判斷其自振周期也能快速進(jìn)行分析。通過施工現(xiàn)場大量預(yù)制梁和現(xiàn)澆梁的反復(fù)測試驗證，配合現(xiàn)場標(biāo)定，均能很好的測試判斷出灌漿缺陷，并可以滿足施工控制要求精度，也根據(jù)缺陷情況進(jìn)行梁體的灌漿質(zhì)量評價。為預(yù)應(yīng)力梁的施工質(zhì)量控制提供了快速、準(zhǔn)確的無損檢測方法，對運營中橋梁的安全行車給予安全保障。參考文獻(xiàn)1劉洋希.基于沖擊回波法的預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量檢測D.長沙：湖南大學(xué)，2013.2楊超，季文洪.后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁的孔道壓漿研究C.預(yù)應(yīng)力上海論壇學(xué)術(shù)論文集，2009：284-289

18、.3周先雁，欒健，王智豐.橋梁箱梁孔道注漿質(zhì)量檢測中沖擊回波法的應(yīng)用J.中南林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，30（10）：78-82.4山西省交通科學(xué)研究院，橋梁預(yù)應(yīng)力孔道施工質(zhì)量隱患無損檢測方法的應(yīng)用研究R.山西省交通運輸廳科技項目報告，2014.01.5吳佳曄，張志國，高峰編著.土木工程檢測與測試M.高等教育出版社，2015年2月.6楊海林.沖擊回波法檢測預(yù)應(yīng)力孔道注漿的應(yīng)用研究D.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2014.7葉見曙，張峰.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁調(diào)查研究報告R.東南大學(xué)交通學(xué)院橋梁與隧道研究所，2004. Prestressed concrete are widely used in brid

19、ge engineering because of their excellent economy and safety. Among them， the hole grouting density determines the bearing capacity and durability of the prestressed concrete bridge to a great extent. In this paper， the existing non-destructive testing methods are analyzed， and several testing methods of shock elastic wav