混凝土中超声波传播机理及预应力管道压浆质量检测方法研究

【摘要】近年来后张拉预应力混凝土梁在高速公路桥梁建设中得到了广泛应用,我国新建的桥梁95%以上都是预应力混凝土桥梁。波纹管是预应力桥梁的重要组成部分,但是波纹管压浆密实度的无损检测技术却是困扰国内外工程界的难题。本文在总结前人研究工作的基础上,提出了利用相控超声回波法检测波纹管压浆质量的方法。要解决波纹管压浆质量的无损检测难题,就得回答以下5个问题：第一,用什么方法检测?第二,影响检测效果的主要因素有哪些?第三,怎样提高检测结果的信噪比和分辨率?第四,如何进行检测?第五,如何对检测结果进行定性和定量的分析?本文通过理论分析、工程检测试验和数值模拟试验,对以上5个问题一一进行了解答。第一,通过文献调研和检测试验,比较了地质雷达、冲击回波、超声透射波法和超声回波法的优缺点,发现超声回波法最适合进行该项检测工作。第二,从细观结构角度出发建立了数值混凝土模型,进行超声波在混凝土中传播特征的研究。模拟了超声波在混凝土及预应力管道中的传播过程。系统分析了骨料、孔隙、波纹管、钢筋和钢绞线对超声波传播和衰减的影响,对超声波振幅和频率衰减特征进行了定量计算。定性分析了以上材料对波纹管压浆缺陷识别造成的干扰,并提出了如何降低这些干扰。第三,根据相控阵和波纹管的特征,提出利用相控震源发射定向超声波,使超声波能量集中在预应力管道附近,可以大大提高有效信号的信噪比,突出空洞等异常体的反射信号。通过与单震源对比,定量计算了相控震源对信噪比的提升能力,并定性分析了相控震源对分辨率的改善。第四,在任何一个角度进行缺陷探测时,都不能完成对整个缺陷的完整探测,仅能探测其一角。因此,本文提出了多角度成像的方法。通过在不同的位置发射和接收超声波,可以对整个缺陷进行完整的成像。并提出了利用组合震源快速定性判断波纹管压浆密实与否的方法。第五,在压浆缺陷的定量计算方面,利用改进的虚拟动态聚焦成像法进行了缺陷可视化的研究。考虑到优化检测仪器的硬件设计,提出了用延时叠加法替代相控阵发射超声波。最后对虚拟动态聚焦成像法的检测分辨率和误差进行了分析。以上数值模拟和分析结果表明：利用本文提出的相控超声回波法可以解决预应力管道压浆质量的无损检测难题,检测方法易实现,效率较高,检测分辨率可以达到10mm。图90幅,表4个,参考文献146篇。
【作者】密士文；
【导师】朱自强；鲁光银；
【作者基本信息】中南大学，地质资源与地质工程，2013，博士
【关键词】桥梁；相控阵；超声波；预应力管道；无损检测；

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