沖擊回波法無損檢測技術(shù)思考

精品文檔-下載后可編輯沖擊回波法無損檢測技術(shù)思考1沖擊回波法檢測基本原理

垂直入射的反射系數(shù)R由(1)式給出。其中Z1、Z2表示材料1和材料2的波阻抗，表1給出幾種典型材料的波阻抗參數(shù)值。由表1可知，當(dāng)彈性波由混凝土入射到空氣界面時，由于空氣阻抗遠(yuǎn)小于混凝土，即R≈1，表明彈性波基本全部反射，產(chǎn)生一反射波，反射波傳回混凝土表面，并被貼合在激振點附近的壓電式加速度傳感器接收，轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大后存儲于計算機中。因為縱波為信號中的主要部分，因此厚度頻率的幅值峰在頻譜圖中可以清晰讀取。依據(jù)彈性波速度Vp和回波頻率，利用公式(2)計算得到混凝土厚度或缺陷位置。

1．1時域分析根據(jù)采集的信號來獲得缺陷或結(jié)構(gòu)底面的反射波的經(jīng)歷時長(tr)，并依據(jù)應(yīng)力波在砼結(jié)構(gòu)中的傳播速度(VP)，由式3可得混凝土梁厚度及缺陷深度。

1．2頻域分析將所記錄的數(shù)據(jù)信號通過快速傅里葉變換(FFT)轉(zhuǎn)換到頻域中進行處理，得到振幅譜圖，幅值譜圖中會出現(xiàn)不同的峰值，為沖擊界面、缺陷及相異材質(zhì)間多次反射產(chǎn)生的瞬態(tài)共振所產(chǎn)生，且其結(jié)果更穩(wěn)定，所以后面分析將采用頻域分析的方法。混凝土梁厚度及缺陷深度計算公式如式4。

1．3波速確定波速確定采用“直接確定法”［5］，使用已知厚度位置的混凝土結(jié)構(gòu)進行標(biāo)定，確定其傳播反射經(jīng)時，按式2確定，采用頻率一般可以覆蓋現(xiàn)場檢測的需要。

2檢測過程

2．1檢測設(shè)備實驗采用的是四川升拓責(zé)任有限公司生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土梁多功能檢測儀SPC－MATS，其主要由傳感器，放大器和主機構(gòu)成，核心是數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)。激振方式采用不同直接鋼球敲擊，同一被測介質(zhì)，直徑越小的鋼球，激振產(chǎn)生的應(yīng)力波頻譜成份越豐富，且高頻成份較多，適應(yīng)于檢測較薄的板。直徑越大，產(chǎn)生的應(yīng)力波低頻成分較多，能檢測厚度較大的板［6］。而傳感器是采用壓電式加速度傳感器，頻域更寬，手持式讓使用更加方便。

2．2試驗?zāi)Ｐ椭谱?/p>

2．2.1厚度測試模型制作混凝土按C50配合比進行配置，分別制作尺寸為250mm×400mm×1000mm，350m×400mm×1000mm兩種尺寸模型梁，配有Φ24縱向鋼筋和Φ8箍筋，澆筑養(yǎng)護，達到齡期后進行測試［7］。利用沖擊回波法對每個面進行了三點檢驗［8］，并對該點進行鉆孔驗證，同尺寸面六個(正反)測試點波形基本相同，實測混凝土厚度結(jié)果如下表2，頻譜圖見圖1。由圖1藍(lán)線位置可以看出明顯的反射，是彈性波到達混凝土空氣界面所產(chǎn)生的反射，即為梁底反射，反射經(jīng)時可直接從圖上讀出，計算平均厚度分別為250mm、351mm、405mm，與鉆孔驗證結(jié)果相比，誤差小于5%。

2．2.2混凝土內(nèi)部缺陷檢測模型制作混凝土按C50配合比進行拌制，尺寸為500mm×500mm×1000mm，配有Φ24縱向鋼筋和少量構(gòu)造筋，其中預(yù)先設(shè)置泡沫和空管模擬缺陷，綁扎固定在一根梁中心線穿過的縱向鋼筋上，尺寸及位置如下圖2所示。在實體面上布測試線，橫線9條縱線18條，網(wǎng)格為50mm×50mm。圖3和圖4為用儀器所檢測處理出的典型測試結(jié)果頻譜圖。由圖3看出清晰的梁底頻譜反射，圖中藍(lán)色線標(biāo)出，由此位置反射經(jīng)時得出板體厚度。由圖4與圖3對比可以推定，梁體明顯可以看出三處缺陷，所推定的缺陷大小依次為62cm、98cm、155cm與實際預(yù)設(shè)50cm、100cm、150cm，基本相同。缺陷位置稍有偏差，原因可能為振搗過程導(dǎo)致預(yù)設(shè)泡沫脫離，偏移所致。

3應(yīng)用實例

檢測對象為某梁廠一變截面預(yù)制箱梁，設(shè)計腹板厚度為48cm，對其腹板厚度及內(nèi)部缺陷進行測試，厚度測試結(jié)果見表3，檢測頻譜圖見圖3。測試結(jié)果表明:沖擊回波法的測試梁體厚度誤差小于5%，檢測所得頻譜圖能有明顯梁底反射，在距檢測端頭2.42m～2.49m處有明顯反射提前，識別為內(nèi)部缺陷。

4結(jié)論

(1)沖擊回波法檢測方法操作簡單，只需要單一測試面完成檢測，檢測速度快，在實際工程中可操作性強。(2)利用不同材質(zhì)波阻抗不同的反射原理，沖擊回波法能有效的檢測預(yù)制混凝土梁板的厚度，誤差滿足要求，可用于實際工程檢測。(3)試驗結(jié)果表明，儀器所得彈性波的傳播特性與混凝土內(nèi)部損傷有很好的相關(guān)性，依據(jù)頻譜圖能讀出預(yù)制混凝土梁板內(nèi)部缺陷，并且能確定其大至位置。(4)混凝土中缺陷的情況復(fù)雜，沖擊彈性波在其中的傳播也比較復(fù)雜，仍需要進一步