專(zhuān)利名稱(chēng)：一種橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度測(cè)試方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及道橋工程質(zhì)量安全檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度測(cè)試方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)公路橋梁建設(shè)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁已在我國(guó)橋梁建設(shè)中占主導(dǎo)地位，被廣泛應(yīng)用于許多重要橋梁建設(shè)項(xiàng)目中。為了保證預(yù)應(yīng)力鋼絞線在橋梁使用過(guò)程中長(zhǎng)期發(fā)揮作用，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿質(zhì)量是必須保障的重要的影響因素。如果預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實(shí)，金屬材料在高應(yīng)力狀態(tài)下銹蝕速度很快，孔道中的鋼絞線材料易發(fā)生腐蝕，從而影響橋梁的耐久性、安全性。并且，預(yù)應(yīng)力鋼筋(鋼絞線)下存在壓漿質(zhì)量缺陷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)混凝土應(yīng)力集中致使破壞，隨著時(shí)間推移，還會(huì)引起的預(yù)應(yīng)力損失，改變梁體的設(shè)計(jì)受力狀態(tài)，從而影響橋梁的使用壽命。 在橋梁建設(shè)中，后張預(yù)應(yīng)力壓漿不密實(shí)的問(wèn)題早在十幾年前就已受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。建于1953年的英國(guó)Ynys-Gwas橋梁,于1985年突然倒塌,經(jīng)過(guò)英國(guó)的運(yùn)輸與道路研究實(shí)驗(yàn)室(TRRL)研究，發(fā)現(xiàn)該橋梁倒塌是由于預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕所致。此外，建于1957年的美國(guó)康涅狄格州的Bissell大橋，因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕導(dǎo)致橋的安全度下降，在使用了35年后也不得不于1992年炸毀重建。通過(guò)分析上述兩個(gè)事故，找出了導(dǎo)致鋼絞線銹蝕的主要原因，就是預(yù)應(yīng)力孔道灌漿不密實(shí)所致。因此采用先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的孔道整體灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)客觀評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量狀況意義重大。為此，國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)展了一些研究，提出了不少檢測(cè)方法。例如沖擊回波法(IE)、超聲波成像法(UT)、表面波頻譜成像法(SASW)、基于沖擊回波振幅譜的堆棧成像法(SIBIE)、探地雷達(dá)法(GPR)、X光成像法、Y射線成像法等。但是，由于測(cè)試方法的精度、適用范圍、測(cè)試效率以及費(fèi)用等多方面原因，使以上方法一直未能在工程界得到推廣應(yīng)用。因此，業(yè)界迫切需要一種高精度、高效率、低成本、可以適應(yīng)多方面要求的橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度檢測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度檢測(cè)方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的檢測(cè)方法存在的精度差、效率低、成本高的問(wèn)題?！N橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度測(cè)試，該方法包括確定被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置，在所述中心線位置上固定加速度傳感器；在所述加速度傳感器周邊用激振錘敲擊激振，所述加速度傳感器采集激振產(chǎn)生的彈性波數(shù)據(jù)；根據(jù)所述彈性波數(shù)據(jù)計(jì)算等效反射波速，根據(jù)所述等效彈性波速確定橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度。較佳地，所述確定被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置，包括
用設(shè)計(jì)圖紙確定被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置；或者用電磁波混凝土雷達(dá)測(cè)定被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置。較佳地，所述在所述中心線位置上固定加速度傳感器，包括在所述中心線位置確定若干待測(cè)試點(diǎn)；在每個(gè)待測(cè)試點(diǎn)分別固定加速度傳感器；所述固定的方法為人工固定或稱(chēng)合劑粘結(jié)。較佳地，所述激振錘為鐵錘或電磁鐵，直徑為30毫米。較佳地，所述加速度傳感器周邊為所述加速度傳感器周?chē)?0厘米處。
較佳地，所述根據(jù)所述彈性波數(shù)據(jù)計(jì)算等效反射波速，包括
27/所述彈性波數(shù)據(jù)為彈性波反射周期；計(jì)算等效反射波速根據(jù)公式& =7其中，
1e ,
Ve為等效反射波速，H為所述被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道所在的混凝土梁的厚度，Te為所述彈性波反射周期。較佳地，所述根據(jù)所述等效彈性波速確定橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度，包括將多次測(cè)試得到的等效彈性波速進(jìn)行頻譜分析，所述等效反射波速較低的測(cè)試位置對(duì)應(yīng)的橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度較低；或者測(cè)定所述彈性波在混凝土材料中的傳播速度；將所述等效彈性波速與所述彈性波在混凝土材料中的傳播速度比較，低于所述彈性波在混凝土材料中的傳播速度的等效彈性波速的測(cè)試位置對(duì)應(yīng)的橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度較低。一種橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括加速度傳感器、激振錘以及測(cè)試儀，所述加速度傳感器與測(cè)試儀連接，其中，所述加速度傳感器，用于固定在被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置；采集激振產(chǎn)生的彈性波數(shù)據(jù)并發(fā)送所述測(cè)試儀；所述激振錘，用于在所述加速度傳感器周邊敲擊激振，產(chǎn)生彈性波；所述測(cè)試儀，用于根據(jù)所述彈性波數(shù)據(jù)，計(jì)算等效反射波速，確定橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度。較佳地，所述加速度傳感器與測(cè)試儀采用低噪聲信號(hào)電纜連接。較佳地，所述激振錘為鐵錘或電磁鐵，直徑為30毫米。本發(fā)明實(shí)施例利用激振錘在加速度傳感器周邊激振，產(chǎn)生彈性波，加速度傳感器采集彈性波數(shù)據(jù)，計(jì)算等效反射波速，根據(jù)等效反射波速來(lái)確定橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度。本發(fā)明實(shí)施例采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的孔道整體灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，有著精度高、效率高、成本低的特點(diǎn)，對(duì)客觀評(píng)價(jià)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的質(zhì)量狀況意義重大，適宜在工程中大量應(yīng)用。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中一般的預(yù)應(yīng)力橋梁錨固體系示意圖；圖2a 圖2c為彈性波穿透孔道示意圖；圖3為不同條件下彈性波的反射周期示意圖4為本發(fā)明實(shí)施例的主要實(shí)現(xiàn)原理流程圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)試點(diǎn)選取示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的等效彈性波速Ve頻譜分析圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供一個(gè)較佳系統(tǒng)工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式由于現(xiàn)有的檢測(cè)方法，存在著很多問(wèn)題，本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問(wèn)題，是橋梁建設(shè)中后張預(yù)應(yīng)力壓漿不密實(shí)的問(wèn)題，該問(wèn)題一直被廣泛關(guān)注，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕導(dǎo)致橋梁安全度下降，為了克服這一困難就需要采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的孔道整體灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。 本發(fā)明實(shí)施例的原理基于對(duì)測(cè)試部位的混凝土打擊激振并誘發(fā)自由振動(dòng)，通過(guò)測(cè)試其反射特性，并換算出彈性波在其中的傳播速度。根據(jù)速度的大小，從而測(cè)定灌漿的密實(shí)度。下面結(jié)合各個(gè)附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的主要實(shí)現(xiàn)原理具體實(shí)施方式
及其對(duì)應(yīng)能夠達(dá)到的有益效果進(jìn)行詳細(xì)的闡述。如圖I所示,為一般的預(yù)應(yīng)力橋梁錨固體系示意圖，圖中依次表示出置于中心部位的預(yù)應(yīng)力鋼絞線3，圍繞在預(yù)應(yīng)力鋼絞線外圍的預(yù)應(yīng)力孔道2以及處于最外部分的預(yù)應(yīng)力橋梁I?；谶@樣的結(jié)構(gòu)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以在預(yù)應(yīng)力孔道2上方或側(cè)面，利用鐵錘等激振裝置敲擊激發(fā)彈性波，通過(guò)測(cè)定該彈性波的反射特性來(lái)檢測(cè)孔道灌漿的密實(shí)度。激振所產(chǎn)生的彈性波在混凝土中的傳播過(guò)程中，遇到鋼筋、空洞等與混凝土材質(zhì)不同的物體時(shí)，會(huì)發(fā)生透射和反射現(xiàn)象。一般用機(jī)械阻抗R來(lái)表示物質(zhì)的性質(zhì)R = P VA公式 I其中，P為材料的密度，V為彈性波在材料中傳播的速度，A為材料的截面面積。一般來(lái)說(shuō)，兩種物質(zhì)機(jī)械阻抗差別越大，彈性波反射的部分越多，透射部分越少。而差別小時(shí)則相反，當(dāng)兩種材料的機(jī)械阻抗完全相同時(shí)，則不會(huì)發(fā)生反射，全部信號(hào)都會(huì)透過(guò)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)灌漿密實(shí)且漿液硬化后，孔道的阻抗與周?chē)炷恋牟町惒淮螅虼?，激發(fā)的彈性波大多數(shù)可以直接透過(guò)孔道，如圖2a所示。而當(dāng)孔道內(nèi)灌漿不密實(shí)時(shí)，孔道的阻抗大大降低，彈性波的透過(guò)性減少，反射則會(huì)增加，如圖2b與圖2c所示，其中，圖2b為反射現(xiàn)象引起，圖2c為折射現(xiàn)象引起。因此，利用彈性波的反射特性，可以檢測(cè)灌漿的密實(shí)性。大多數(shù)孔道是采用波紋管(金屬波紋管或塑料波紋管)，由于管壁和混凝土的阻抗差，使得管壁本身會(huì)使彈性波產(chǎn)生反射。管壁產(chǎn)生的反射信號(hào)與管道內(nèi)不密實(shí)區(qū)域產(chǎn)生的反射信號(hào)會(huì)產(chǎn)生疊加，使得對(duì)不密實(shí)區(qū)域產(chǎn)生的反射信號(hào)的識(shí)別造成困難?；诖耍l(fā)明人設(shè)計(jì)了一整套的彈性波數(shù)據(jù)計(jì)算方法。設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的厚度為H，孔道的內(nèi)徑為D。當(dāng)孔道內(nèi)灌漿密實(shí)，彈性波穿過(guò)孔道后在梁背面反射返回激振點(diǎn)A所需要的時(shí)間TA為
權(quán)利要求
1.一種橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度測(cè)試，其特征在于，該方法包括 確定被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置，在所述中心線位置上固定加速度傳感器； 在所述加速度傳感器周邊用激振錘敲擊激振，所述加速度傳感器采集激振產(chǎn)生的彈性波數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述彈性波數(shù)據(jù)計(jì)算等效反射波速，根據(jù)所述等效彈性波速確定橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述確定被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置，包括 用設(shè)計(jì)圖紙確定被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置；或者 用電磁波混凝土雷達(dá)測(cè)定被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述在所述中心線位置上固定加速度傳感器，包括 在所述中心線位置確定若干待測(cè)試點(diǎn)； 在每個(gè)待測(cè)試點(diǎn)分別固定加速度傳感器； 所述固定的方法為人工固定或耦合劑粘結(jié)。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述激振錘為鐵錘或電磁鐵，直徑為30毫米。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述加速度傳感器周邊為所述加速度傳感器周?chē)?0厘米處。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述彈性波數(shù)據(jù)計(jì)算等效反射波速，包括 27/ 所述彈性波數(shù)據(jù)為彈性波反射周期；計(jì)算等效反射波速根據(jù)公式& =7其中，Ve為 1e ,等效反射波速，H為所述被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道所在的混凝土梁的厚度，Te為所述彈性波反射周期。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述等效彈性波速確定橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度，包括 將多次測(cè)試得到的等效彈性波速進(jìn)行頻譜分析，所述等效反射波速較低的測(cè)試位置對(duì)應(yīng)的橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度較低；或者 測(cè)定所述彈性波在混凝土材料中的傳播速度； 將所述等效彈性波速與所述彈性波在混凝土材料中的傳播速度比較，低于所述彈性波在混凝土材料中的傳播速度的等效彈性波速的測(cè)試位置對(duì)應(yīng)的橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度較低。
8.一種橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括加速度傳感器、激振錘以及測(cè)試儀，所述加速度傳感器與測(cè)試儀連接，其中， 所述加速度傳感器，用于固定在被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置；采集激振產(chǎn)生的彈性波數(shù)據(jù)并發(fā)送所述測(cè)試儀； 所述激振錘，用于在所述加速度傳感器周邊敲擊激振，產(chǎn)生彈性波； 所述測(cè)試儀，用于根據(jù)所述彈性波數(shù)據(jù)，計(jì)算等效反射波速，確定橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加速度傳感器與測(cè)試儀采用低噪聲信號(hào)電纜連接。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激振錘為鐵錘或電磁鐵，直徑為30毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度測(cè)試方法及系統(tǒng)，一種橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度測(cè)試，該方法包括確定被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置，在所述中心線位置上固定加速度傳感器；在所述加速度傳感器周邊用激振錘敲擊激振，所述加速度傳感器采集激振產(chǎn)生的彈性波數(shù)據(jù)；根據(jù)所述彈性波數(shù)據(jù)計(jì)算等效反射波速，根據(jù)所述等效彈性波速確定橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度。本發(fā)明實(shí)施例采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的孔道整體灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，有著精度高、效率高、成本低的特點(diǎn)，對(duì)客觀評(píng)價(jià)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的質(zhì)量狀況意義重大，適宜在工程中大量應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N29/07GK102818852SQ201110155408
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者吳佳曄, 楊超, 季文洪, 毛云龍, 侯建青, 朱哲, 吳曾煒, 黃伯太 申請(qǐng)人:杭州海兒科技有限公司, 四川升拓檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司