超声波法测定钢管混凝土脱空量

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1、第32卷第3期人民黄河Vo1．32．No．32010年3月YELL0WRIVERMar．．20l0【水利水电工程】超声波法测定钢管混凝土脱空量史新伟，魏建东(郑州大学水利与环境学院，河南郑州450002)摘要：为了定量计算钢管混凝土的脱空量，采用试验模拟钢管混凝土的脱空缺陷，利用超声波仪器对缺陷试件进行检测，得出超声波在脱空试件中的传播路径为先沿着钢管壁绕射再穿透混凝土到接收端，通过计算缺陷处弦长所对应圆心角的大小来进行脱空的定量分析，定量计算的结果与实际制作的缺陷尺寸基本吻合。关键词：模拟；钢管混凝土；超声波检测；缺陷中图分类号：TV431文献标识码：Adoi：10

2、．3969／j．issn．1000—1379．2010．03．039混凝土外包钢管后将受到三轴压应力作用，从而提高了其土中超声波的传播速度随着养护时间的增加而增大，并且其在抗压强度、韧性⋯，但钢管混凝土在施工中易使混凝土材料内脱空缺陷试件中的传播速度明显低于密实试件。密实试件的部存在空洞、疏松、施工缝、组织不均匀以及混凝土与钢管胶结波形图首波比较明显，而在有脱空缺陷的试件中首波发生畸不良等缺陷。对钢管混凝土施工质量进行检测是极为重要变。密实部位接收信号的频率比空洞部位接收信号的频率高。的。，钢管内混凝土属于隐蔽工程，多应用超声波进行无损表1脱空与密实试件不同龄期声速对

3、比m／s探伤J。采用超声波检测钢管混凝土内部损伤的主要方法有首波声时法、波形识别法和首波频率法。以往采用超声波检测钢管混凝土的时候往往只是通过超声波的声学参数来判定其是否存在缺陷，如何定量计算出缺陷的大小目前还没有具体的规范。在研究缺陷计算中有的只是考虑了超声波直接穿透2确定超声波的传播途径缺陷处的空气再穿透混凝土传播，没有考虑超声波沿钢管壁的在密实钢管混凝土中超声波是沿着钢管的径向传播的，存绕射；童寿兴等通过移动探头再根据信号是否正常确定出在脱空缺陷时超声波的传播有以下3种可能路径：①超声波先了脱空量。笔者对超声波在脱空试件中各种可能的传播路径绕钢管壁绕射再穿透混凝

4、土到达接收端，见图2(a)；②超声波进行了探讨。直接穿透脱空处的空气，然后再穿透混凝土到达接收端，见图21模拟试验(b)；③超声波沿钢管壁绕射到接收端，见图2(C)。试验钢管外径为426mm，壁厚为8mm，采用C55无收缩混凝土填充，脱空试件的缺陷采用插入不同厚度的圆弧形木板，在混凝土初凝前拔出木板来形成。对缺陷进行测量时每段弦高依次为102．4、9t．8、71．6mm，缺陷布置见图1E8]。并制作了密实试件与脱空试件进行对比。图2脱空试件超声波传播路径8一．超声波沿路径①的总声时为71．6t=：塑——+——+——(【1)gg”—式中：为钢管声速；为混凝土声速；d为钢

5、管壁厚度。超声波沿路径②的总声时为(a)脱空试件(b)N~IJ(c)模板平面收稿日期：2oo9—05_o6图1脱空缺陷试件布置(单位：mm)作者简介：史新伟(1983-)，河南焦作人，硕士研究生，研究方向为水工结构检脱空与密实试件不同龄期声速变化对比见表1。钢管混凝测。·88·人民黄河2010年第3期(2)3脱空缺陷的定量分析式中：为空气声速；D内为钢管的内径；为缺陷处脱空厚度。3．1常规测试超声波沿路径③的总声时为钢管混凝土的缺陷主要是脱空与脱粘。对于缺陷的定量±．f3)：一、一，检测主要是确定缺陷处弦长所对应的圆心角的大小，从而可以g确定脱空与脱粘的弦长与弧长，则

6、可计算出具体的缺陷尺寸。令式(1)与式(2)相等，满足下式：+通过上面的分析可知超声波的传播途径为路径①，由试验测量三：rarccos(r-x)+出密实试件的声时值和缺陷处的声时值满足：羔!(4)k／)hg式中：r为钢管的内半径。+学㈤解式(4)得=1．65mm，也就是说此时路径①、②测得的式中：t为超声波在有缺陷试件中的声时值；t：为超声波在密实声时值相等。超声波在不同缺陷厚度下沿路径①、②传播的声罕时曲线见图3。试件中的声时值；为圆心角。l10譬实测试件不同龄期、不同弦高对应的声时值，根据式(6)确l08定的缺陷弦长见表2。弦高为102．4mill时，得到试件的实

7、际106缺陷弦长为355mm；弦高为91．8mm时，得到试件的实际缺陷官104弦长为342mm；弦高为71．6mm时，得到试件的实际缺陷弦长帆102为312mm。100表2缺陷弦长计算结果98l2345缺陷厚度／mm图3超声波沿路径①、②传播的声时曲线由图3可知：当钢管混凝土内部缺陷厚度在1．7mm附近时，路径①、②同时接收到信号；当缺陷厚度大于2mm时路径②明显比路径①传播的声时值大，这说明首先到达接收端的是沿路径①传播的声波。当满足下式时，超声波沿路径①、③传播所用的声时相同：rarccos(r．-x)一!(5)gg式中：r外为钢管的外径。经计算