【正文】 3 0176。R脫粘T2 0 176。由于混凝土損傷后聲速下降，同時(shí)假設(shè)損傷層聲速是不變的，則當(dāng)測(cè)距較小時(shí)，超聲波從損傷層傳播的時(shí)間比繞過(guò)損傷層而從下部正?；炷羵鞑サ臅r(shí)間短，則超聲波主要從損傷層傳播；隨著測(cè)距的增大，則由于損傷層聲速比正?；炷链蟠蠼档?，則超聲波從正?；炷羵鞑サ臅r(shí)間比從表層損傷層傳播的時(shí)間短，將檢測(cè)得到的聲時(shí) 測(cè)距作圖，則從理論上，會(huì)出現(xiàn)前幾個(gè)測(cè)點(diǎn)形成一條直線(xiàn)，后幾個(gè)測(cè)點(diǎn)形成另一條直線(xiàn)，其斜率是不同的，如圖 31所示，前幾個(gè)測(cè)點(diǎn)組成的直線(xiàn)斜率較小 (聲速較小 )，后一條直線(xiàn)斜率較大 (聲速較大 )，通過(guò)回歸或平均計(jì)算等方法，分別求出兩段直線(xiàn)的斜率 (即不同層的聲速 )，代入下式即可計(jì)算出損傷層深度： fafaf vvvvlh????20 )/()( 210 fafa vvvaval ???㈥ 鋼管混凝土缺陷檢測(cè) ? 鋼管混凝土是指以封閉的鋼管作為外壁，內(nèi)部填充混凝土并結(jié)合成整體進(jìn)行受力的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以按照“㈢不密實(shí)區(qū)和空洞檢測(cè)”的方法進(jìn)行處理、判斷。 ? (3)剔除該 2個(gè)測(cè)點(diǎn)后，繼續(xù)計(jì)算剩余 20個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲速平均值、標(biāo)準(zhǔn)差： skmvmiiv /1 201?? ??skmmvs iviv /)(2012??????例題 ? N=20，查表 2得 λ1= ?∴ 聲速異常值判定值 ?v0=mvλ1Sv= =?經(jīng)比較，剩余 20個(gè)測(cè)點(diǎn)的最小聲速值vmin=v0=，故再無(wú)異常值。當(dāng) XnX0時(shí)，則應(yīng)將 Xn+1放進(jìn)去重新進(jìn)行計(jì)算和判別。測(cè)試前必須準(zhǔn)確量測(cè)超聲測(cè)距，精確至 177。 R RRTR RT(a)平面圖 (b)立面圖 ?測(cè)試中，必須在測(cè)試部位彈畫(huà)網(wǎng)格線(xiàn)，網(wǎng)格間距一般為 (100～ 300)mm，測(cè)試部位表面必須清理干凈、必要時(shí)打磨平整。 T R? 鉆孔法： ? 當(dāng)測(cè)距較大時(shí)，可采用鉆孔或預(yù)埋管法。 ? 根據(jù)被測(cè)構(gòu)件的實(shí)際情況，選擇下列方法之一進(jìn)行檢測(cè)： ? 對(duì)測(cè)法：適用于構(gòu)件具有兩對(duì)相互平行的測(cè)試面。一般波幅對(duì)裂縫較為敏感，當(dāng)波幅穩(wěn)定在較大的數(shù)值后，可認(rèn)為已經(jīng)超過(guò)裂縫尖端了，通過(guò)圖 25(C)的拐點(diǎn)可確定裂縫深度。 TR鉆孔檢測(cè)裂縫深度 ? 鉆孔對(duì)測(cè)法適用于大體積混凝土，預(yù)計(jì)深度在 500mm以上的裂縫檢測(cè)，需要在被測(cè)混凝土上鉆孔。當(dāng)裂縫尖端存在水分、塵土顆粒等雜質(zhì)時(shí)，或者裂縫局部被水分、塵土顆粒等填充時(shí)，會(huì)成為超聲傳播的通道，因此導(dǎo)致深度測(cè)試的誤差 (使裂縫深度偏小 )。當(dāng)無(wú)法觀察到首波反相時(shí)，則對(duì)每個(gè)測(cè)距計(jì)算裂縫深度，然后計(jì)算所有測(cè)點(diǎn)裂縫深度平均值，剔除其中小于平均值測(cè)距下的測(cè)試數(shù)據(jù)，以及大于 3倍平均值的測(cè)試數(shù)據(jù)，然后重新計(jì)算平均值作為裂縫深度計(jì)算值。在裂縫深度的平測(cè)法檢測(cè)中，跨縫檢測(cè)時(shí)常會(huì)遇到如下圖所示的首波“反相”現(xiàn)象。l lT R T R? 平測(cè)裂縫如上圖所示，基于下列的假設(shè)： ? ①裂縫附近混凝土質(zhì)量基本一致 (聲速基本相等 )； ? ②跨縫聲速和不跨縫聲速一致； ? ③超聲波繞過(guò)裂縫尖端傳播。 ㈡ 混凝土裂縫深度檢測(cè) ? 單面平測(cè) ? 適用于結(jié)構(gòu)只有一個(gè)表面可供測(cè)試時(shí)，如混凝土路面、地下室剪力墻、飛機(jī)跑道、大體積混凝土等。對(duì)于柱狀徑向探頭，采用水進(jìn)行耦合，因此柱狀徑向探頭具有水密性的指標(biāo)要求， 。 ?⑶混合檢測(cè)：同時(shí)采用柱狀徑向換能器和平面式換能器進(jìn)行檢測(cè)，孔中放徑向換能器，側(cè)面布置平面換能器。測(cè)試時(shí)兩個(gè)探頭位于同一高度，同步提升。一般用于混凝土表面損傷深度測(cè)試、裂縫深度測(cè)試等。此時(shí)收發(fā)換能器位于兩個(gè)相對(duì)測(cè)試面，超聲測(cè)線(xiàn)垂直于測(cè)試面，接收波的波前正對(duì)接收探頭，接收信號(hào)強(qiáng)度是所有方法中最大的，因此最容易進(jìn)行結(jié)果判斷。必須指出的是，僅當(dāng)測(cè)距可以準(zhǔn)確測(cè)量的前提下這一假設(shè)才能成立，這就意味著對(duì)于預(yù)埋聲測(cè)管進(jìn)行聲波透射法檢測(cè)的灌注樁，由于測(cè)距實(shí)際上是變化的 (因?yàn)槁暅y(cè)管總是難免在埋設(shè)后產(chǎn)生扭曲 )，因此一般不采用這種數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法判斷異常部位，其判據(jù)另外介紹。因此，當(dāng)檢測(cè)混凝土結(jié)合質(zhì)量時(shí)，就必須讓超聲波穿過(guò)結(jié)合面，為此常常必須采用斜測(cè)法等。 超聲檢測(cè)中的基本原則 (一 ) ? ⑴ 超聲波優(yōu)先選擇最短路徑： ? 即在超聲傳播路徑周?chē)?dāng)存在不同介質(zhì)時(shí)，根據(jù)不同介質(zhì)的聲速差異，超聲波總是優(yōu)先選擇最快到達(dá)的那一條路徑，由于鋼筋中的縱波聲速大大高于混凝土 (5900m/s)，因此，當(dāng)超聲傳播路徑周?chē)嬖阡摻顣r(shí)，則超聲波往往會(huì)從鋼筋“短路”。 ? 雖然實(shí)際上超聲波在混凝土中由于受到石子、氣孔、微裂縫、鋼筋等影響，會(huì)產(chǎn)生散射、繞射等過(guò)程，致使其傳播方向改變 (非直線(xiàn)傳播 )，但由于我們?cè)跍y(cè)量時(shí)主要取首波，因此基本上還是認(rèn)為在正?；炷林校暡ㄑ亟浦本€(xiàn)的路徑傳播。這種情況一般是超聲波在缺少石子的砂漿中傳播造成的，由于砂漿相當(dāng)于混凝土而言，缺少石子，因此對(duì)超聲波的散射衰減大大降低。 混凝土波形實(shí)測(cè)圖 ? 正?；炷敛ㄐ? ? 異?；炷敛ㄐ? ?上圖的異?；炷敛ㄐ纬Ｒ?jiàn)于混凝土中夾雜(如夾泥 )、孔洞、疏松、裂縫、分層 (界面結(jié)合不良 )等質(zhì)量缺陷中。圖中 t t t t t5分別是接收波第一個(gè)周期的聲時(shí)， t1為首波聲時(shí)， t2為 1/4周期聲時(shí)， t3為半周期聲時(shí)， t4為 3/4周期聲時(shí)， t5為一周期聲時(shí)，通過(guò)測(cè)量這些聲時(shí)差，可以初步估算接收信號(hào)的頻率 (精確計(jì)算需要進(jìn)行頻譜分析 )。更重要的是，即使是測(cè)試時(shí)耦合作用力的細(xì)微變化都足以造成首波幅度的大大波動(dòng)，而測(cè)試人員按壓換能器的壓力大小在測(cè)試過(guò)程難以保證統(tǒng)一，因此首波幅度不能作為超聲檢測(cè)中的主要參數(shù)。 ?其原理在于假設(shè)水中聲速處處相等，則不同測(cè)距 l1和 l2下的聲時(shí) t1和 t2都包含了相同的初讀數(shù)，通過(guò)下列方程，可以得出初讀數(shù)： 022011ttlttl???3 混凝土缺陷的特征波形 ? 超聲聲時(shí)、幅度、頻率等特征，都是表征混凝土質(zhì)量的超聲參數(shù)。即利用經(jīng)過(guò)檢定已知聲時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行檢測(cè)，然后通過(guò)“調(diào)零”的方法，使儀器測(cè)讀的聲時(shí)讀數(shù)等于標(biāo)準(zhǔn)棒的聲時(shí)，則完成了初讀數(shù)的之間扣除。 ? 目前多數(shù)數(shù)字式、智能化儀器，都具備了手動(dòng)游標(biāo)讀數(shù)功能，必要時(shí)可以切換到手動(dòng)模式。 ? 儀器自動(dòng)判斷首波 自動(dòng)判斷時(shí)實(shí)際首波位置的偏差 讀數(shù)門(mén)檻儀器判讀的首波位置儀器判讀的首波位置實(shí)際首波位置 ?當(dāng)讀數(shù)門(mén)檻設(shè)置不當(dāng)時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)異常情況。 ? 首波幅度過(guò)大時(shí)，首波前沿容易判讀但易于靠前，使得聲時(shí)判讀值偏小。 ? 檢測(cè)中常用的方法，即游標(biāo)稍向后一些，使得游標(biāo)向上突起的部分與首波向下的趨勢(shì)接近剛好抵消從而看不到游標(biāo)的突起為準(zhǔn)。 ? ⑴模擬式儀器的聲時(shí)測(cè)量注意事項(xiàng) ? 模擬式儀器通過(guò)手動(dòng)游標(biāo)判讀首波聲時(shí)，因此我們需要先了解超聲信號(hào)的波形特征，如圖 7所示。 四 超聲參數(shù)的檢測(cè) ? 1 超聲參數(shù)簡(jiǎn)介 ? 混凝土超聲檢測(cè)中常用的參數(shù)主要是：聲時(shí) (傳播時(shí)間 )或聲速、頻率、波幅 (衰減 )以及波形。 ? ⑶正確連接各接頭。檢測(cè)完畢后應(yīng)擦拭灰塵后裝箱。如誤差超過(guò)范圍，首先應(yīng)檢查測(cè)距、聲時(shí)、室溫測(cè)量的誤差，最后檢查儀器是否正常。簡(jiǎn)要步驟如下： ? 準(zhǔn)備一個(gè)如下圖所示的測(cè)量裝置，其中換能器之間的距離可以調(diào)節(jié)，并通過(guò)刻度尺測(cè)量其測(cè)距。而橫波換能器不能采用黃油等耦合劑進(jìn)行柔性耦合，因?yàn)闄M波無(wú)法在液體、氣體中傳播，因此必須采用膠黏劑將換能器牢固地粘結(jié)在混凝土表面或采用多層鋁箔作耦合層，將換能器緊貼于混凝土測(cè)試表面，才能將發(fā)射并接收超聲橫波，給實(shí)際應(yīng)用增加了許多困難。簡(jiǎn)單地說(shuō)，我們常用的是縱波換能器，其中平面式換能器用于上部結(jié)構(gòu)混凝土檢測(cè)，徑向式換能器用于聲波透射法檢測(cè)混凝土灌注樁。 ? 依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類(lèi)傳感器稱(chēng)為為壓電傳感器。 ? 逆壓電效應(yīng)：對(duì)晶體施加交變電場(chǎng)引起晶體機(jī)械變形的現(xiàn)象，又稱(chēng)電致伸縮效應(yīng)。 2 超聲換能器 ?換能器，即具有能量轉(zhuǎn)換功能的傳感器。前者為模擬式，其接收信號(hào)為連續(xù)的模擬量，后者為數(shù)字式智能型，其接收信號(hào)是間斷的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)模 /數(shù) (A/D)以及數(shù) /模 (D/A)轉(zhuǎn)換后顯示成波形。 ? 由于混凝土對(duì)超聲波的衰減大，且混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特點(diǎn)決定了其截面尺寸較大因此超聲測(cè)距長(zhǎng)，因此混凝土超聲波檢測(cè)儀目前只能采用透射式 (一發(fā)一收式 )，而無(wú)法采用金屬探傷中的反射式，目前對(duì)于混凝土超聲成像的技術(shù)也在研究中，但其難度相當(dāng)大。同時(shí)，由于混凝土內(nèi)的石子等存在不規(guī)則界面，超聲波在混凝土內(nèi)產(chǎn)生反射、折射，并且互相干涉、疊加，使得大部分聲波產(chǎn)生漫反射。而金屬超聲探傷中采用的超聲波頻率一般都在 1000kHz以上 (1000kHz=1MHz)。因此最終接收的超聲波比發(fā)射波振幅減小、頻率降低。 ? 散射衰減：當(dāng)媒質(zhì)中存在小尺寸的異物時(shí)，當(dāng)超聲波入射到這些異物時(shí)，這些異物會(huì)形成新的振源向四周發(fā)射超聲波，這些聲波相互干涉、疊加的結(jié)果造成超聲能量的衰減，稱(chēng)之為散射衰減。 ? 對(duì)于平面波，其衰減主要來(lái)源于吸收和散射，對(duì)于球面波，除了吸收衰減和散射衰減，還有波束本身的擴(kuò)散衰減。 ?衰減是限制超聲波檢測(cè)距離的主要因素。在一定的角度范圍內(nèi)，折射波會(huì)分解成折射縱波、折射橫波。 聲波遇到大孔洞或大障礙物后的傳播 ? (a)孔徑遠(yuǎn)大于 λ (b)障礙物遠(yuǎn)大于 λ 聲波的繞射現(xiàn)象 ? (a)平面波在小孔處的繞射 (b)平面波在小障礙物處的繞射 5 超聲波在媒質(zhì)界面上的傳播特性 ?當(dāng)聲波從一種媒質(zhì)傳播到另一種媒質(zhì)時(shí)，在兩種媒質(zhì)的分界面上，只有一部分聲波穿透界面，在另一媒質(zhì)中繼續(xù)傳播，稱(chēng)之為折射波或透射波；另一部分聲波被反射回原媒質(zhì)稱(chēng)為反射波。 ? 聲波的干涉：兩個(gè)頻率、波長(zhǎng)以及相位相同或相位差恒定的波源稱(chēng)為相干波源，它們產(chǎn)生的波稱(chēng)為相干波，兩個(gè)相干波在同一介質(zhì)中相遇時(shí)，兩個(gè)諧振頻率疊加，從而產(chǎn)生某些點(diǎn)因?yàn)橄辔幌嗤駝?dòng)加強(qiáng)，某些點(diǎn)因?yàn)橄辔幌喾凑駝?dòng)減弱甚至抵消。N的大小取決于圓板狀聲源的直徑 D和聲波的波長(zhǎng) λ，它們之間存在如下關(guān)系： 442