基于弹性波的预应力混凝土检测方法研究及应用

摘要

预应力混凝土桥梁在世界范围内有着广泛应用，由注浆波纹管内部钢筋包裹不密实导致钢筋生锈等问题引发的桥梁破损、坍塌事故时有发生，结构混凝土强度检测越来越受到国内外学者的重视。强度检测中常用的几种无损检测方法都具有各自的优势，但也存在不足，本文提出基于弹性波的预应力混凝土强度检测方法。 对预应力混凝土缺陷进行总结分析，得出缺陷处强度低、弹性波速度低的结论，结合弹性波速度与抗压强度公式提出基于弹性波速度评价混凝土强度的方法。在弹性波激发、传播、接收的研究基础上，总结初至波、反射波特征，给出混凝土强度检测数据处理流程。采用电磁铁震源激发弹性波作为信号源、三道排列式滚轮压电加速度检波器作为接收装置的弹性波仪器在混凝土强度检测中，具有能量稳定、频率高、采集数据量大、效率高的特点，适用于长距离、大面积的混凝土结构强度无损检测。 对于混凝土表面强度检测，结合不同表面强度模型的弹性波数值模拟及混凝土模型物理模拟，提出适用于表面缺陷检测的直达横波法，实现波速的水平方向1cm分辨率及速度值两次覆盖，通过观测系统分析，提出由实测速度曲线确定表面低强度区时，低强度区开始点坐标为速度曲线开始变化的点对应坐标加半个激发接收排列长度，结束点坐标为速度曲线结束变化的点对应坐标减半个激发接收排列长度。 对于混凝土内部强度检测，提出适用于混凝土基体缺陷检测、波纹管注浆缺陷检测的反射波法，通过滤波分别提取纵波、横波，球面扩散振幅补偿对时间方向的能量损失进行补偿，混凝土表面一致性振幅补偿对测线方向能量差异进行补偿，通过混凝土模型物理模拟验证了振幅补偿的效果较好。结合弹性波数值模拟提出适用于高效成像的速度谱，对振幅补偿后的数据进行水平叠加成像，结合倾斜因子、球面扩散因子、子波整形因子，对振幅补偿前的数据选取10cm偏移孔径进行保幅绕射偏移叠加成像。考虑弹性波频谱特征的基础上结合振幅和速度特征对低强度区进行成像处理，提高叠加剖面精确程度。 为验证采用保幅成像的混凝土强度检测方法的实用性与准确性，在芜湖轻轨现场使用自制弹性波仪器进行预应力梁强度检测，在无注浆波纹管处的参考测线上进行参数实验处理，梁板底界面反射轴清晰，对所有测线的高效成像证明了弹性波法对桥梁检测具有实际意义。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 冲击回波法

1.2.2 超声波法

1.2.3 探地雷达法

1.2.4 存在问题

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究成果

1.4 本文技术路线

2 弹性波检测混凝土强度理论基础

2.1.1 弹性波的激发与接收

2.1.2 弹性波在混凝土介质中的传播特征

2.1.3 混凝土弹性波速度与抗压强度的关系

2.2弹性波成像理论基础

2.2.1频率滤波

2.2.2振幅补偿

2.2.3分辨率

2.3 混凝土强度检测数据处理流程

2.4 本章小结

3 预应力混凝土表面强度检测

3.1 初至波检测混凝土表面强度分析

3.2 表面缺陷模型的弹性波场特征

3.3 弹性波无损检测仪器

3.4 物理模型实验

3.4.1 表面强度均匀性模型

3.4.2 混凝土表面强度分析

3.5 本章小结

4 预应力混凝土内部强度检测

4.1 注浆强度模型的弹性波场特征

4.2 保幅界面共反射点叠加分析

4.2.1 数据处理方法

4.2.2 数值模拟

4.2.3 单管道混凝土模型实验

4.3保幅绕射偏移叠加分析

4.3.1 数据处理方法

4.3.2 数值模拟

4.3.3 不同注浆饱满度管道模型实验

4.4 本章小结

5 现场检测试验

5.1轻轨预应力梁现场情况及测线布置

5.2.1 表面速度曲线分析

5.2.2 叠加剖面分析

5.2.3 检测结果

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集