预应力孔道注浆饱满度雷达波场二维正演模拟及应用

摘要

预应力孔道注浆属隐蔽工程，施工中注浆饱满度很难得到精确保障，施工后难以准确评价和及时补救。若孔道注浆效果不理想，内部存在不密实、空洞或充水等缺陷，为氧气、水分及氯化物提供了空间，使钢绞线的被腐蚀存在可能，将严重影响到桥梁结构的安全性和耐久性。因此，研究预应力孔道注浆饱满度具有理论和实际意义。探地雷达具有分辨能力高、无损、快速和直观等特点，在预应力孔道注浆饱满度探测和评价可以发挥重要的作用。
　　本文从电磁场传播理论和时域有限差分理论入手，建立了均匀介质中充气、充水孔洞和注浆密实的数学物理模型，进行了时域有限差分二维正演模拟。结果显示，空洞模型有强反射信号，且反射信号振幅极性为与入射波方向相同；充水孔洞不仅有更强的反射信号，且反射信号振幅极性为与入射波方向相反；充气孔洞一般不产生多次反射信号，充水孔洞能够产生多次反射波。基于雷达探测理论和探测方式及注浆工艺，探讨了针对注浆饱满度雷达探测的主要影响因素和施测要点。针对实际钢筋混凝土预制梁的特点，建立了单层、双层钢筋下金属波纹管中存在各种空洞的物理模型，采用时域有限差分法进行二维正演模拟，发现钢筋的反射信号十分强，掩盖或部分掩盖了波纹管及内部孔洞的反射，增加了注浆缺陷的识别难度。用采用波形相减的方法，对钢筋、金属波纹管等产生的反射信号进行消减，在雷达图像上，突显内部孔洞的反射信号，有利于缺陷的识别。通过改变填充相对磁导率，建立金属波纹管中混凝土为不同磁导率的孔洞模型，进行时域有限差分二维正演模拟和波形相减处理，增强了孔洞强反射信号。结合多座桥预应力孔道注浆饱满度的大量雷达检测和部分开窗或者钻孔验证资料，分析和总结了典型缺陷的雷达图像特征，为检测提供参考依据。
　　理论研究和工程实践表明：应用时域有限差分法对梁中注浆孔道及其填充物多种组合模型的模拟，与雷达波场的分布是较吻合的；运用探地雷达法对注浆孔道注浆饱满度检测具有较好的实际效果。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思路

1.4 主要研究内容

第二章 探地雷达基本原理与探测方法

2.1 麦克斯韦方程及本构关系

2.2 探地雷达基本原理

2.3 波纹管注浆饱满度雷达探测方法

2.4 主要影响因素及探测要点

2.5 本章小结

第三章时域有限差分法原理及组合模型正演模拟

3.1 时域有限差分法基本原理

3.2组合模型二维正演模拟

3.4 本章小结

第四章 注浆孔道中孔洞二维正演模拟及干扰信号消减

4.1 钢筋、金属波纹管中的空洞模型

4.2注浆孔道填充磁性混凝土中孔洞模型

4.3 干扰信号的消减

4.4 本章小节

第五章 探测实例及分析

5.1 工程概况

5.2 仪器设备及实测方法

5.3 部分检测结果及分析

5.4 本章小结

第六章 结论

6.1 结论

6.2 后续工作及展望

参考文献

致谢

附录