预应力结构的缺陷检测方法技术

本发明专利技术公开了一种预应力结构的缺陷检测方法，步骤为：在待测通道外激发脉冲荷载，获得激发点两侧的反射速度信号；将上述反射速度信号进行分析处理；对反射速度信号进行分数阶傅里叶变换，计算其分数阶域幅值比；所得结果进行分析。相对于现有技术，本发明专利技术提供的预应力结构的缺陷检测方法是用信号的分数阶傅里叶变换幅值比来反映结构内部缺陷，结果准确度高，即检测结果全部由电脑进行分析，避免了主观因素或人为因素的影响，规避了技术人员依靠经验来判断待测通道是否存在缺陷的正确性的风险，准确度高，客观性强，同时节省了检测时间，提高检测效率，具有很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
预应力结构的缺陷检测方法
本专利技术属于信息处理
，特别是涉及预应力通道注浆密实度检测方法。
技术介绍
随着城市化进程的加快，大型建筑物作为衡量城市经济实力的重要指标之一，使预应力技术成为城建不可或缺的一项重要技术。预应力技术是在大型建筑物建设时，为了改善结构服役表现，在施工期间给结构预先施加的压应力，结构服役期间预加压应力可全部或部分抵消荷载导致的拉应力，避免结构破坏。在工程结构构件承受外荷载之前，对受拉模块中的钢筋，施加预压应力，提高构件的刚度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性。对于机械结构来看，其含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少振动和弹性变形这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度，使原本的抗性更强。在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力，以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构，常用于混凝土结构，是在混凝土结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。而预应力混凝土结构的优势是建立在预应力钢筋与混凝土(砼)黏结完整的基础上，凭借其良好的受力特性和抗拉性能得到广泛应用，特别是在大跨度或重荷载结构，以及不允许开裂的结构中，预应力技术也日臻完善。随着中国工程建设的高速发展，预应力通道(包括管道、孔道等)注浆结构被广泛使用，其预留通道的压浆质量一直是人们关注的问题。预应力结构依靠构件端部的锚具将钢绞线的预张拉力传给混凝土，使其产生预压应力；最后在孔道中压入水泥浆，使预应力钢绞线与混凝土构件形成整体。由于注浆不密实导致波纹管内钢绞线锈蚀，造成桥梁承重梁板的预应力提前丧失，桥梁的实际寿命缩短至设计寿命的十分之一。因此混凝土结构中通道注浆效果的好坏直接影响整个预应力混凝土结构的安全性和使用寿命，而预应力通道注浆效果主要是靠注浆质量密实度来评价的。为保证梁体的预应力效果及结构的耐久性，且避免水分侵入而锈蚀钢束，预应力束孔管道中必须压满水泥浆。理论上，按照注浆工艺及质量控制措施，已经能较好地保证注浆的密实度，但因通道堵塞、注浆材料、注浆方法不当或人为疏忽等原因容易引起通道注浆质量缺陷，即注浆不密实。当通道注浆质量存在严重问题时，会使建筑物在使用过程中发生质量安全事故。因此，采用先进的无损检测技术对预应力结构的管道整体注浆质量进行检测，对客观评价结构的质量状况意义重大。目前，针对桥梁预应力管道注浆密实度的超声波检测，主要的信号处理方法是基于时域的全长波速分析和基于频域的频谱分析，全长波速分析是提取信号走时，然后计算出波速，根据波速大小划分等级，分等级评价结构注浆质量；而频谱分析则是对信号进行傅立叶变换，是信号由时域信号转换为频域信号，观察信号频峰的变化评价注浆质量，这两种方法往往结合起来去进行缺陷大小和位置的判断，但是这两种方法在实际应用中收到人的主观因素影响，主要体现在波速的等级划分没有确定的标准，频谱信息复杂多变，也需要检测人员大量的经验积累才能提高判断的准确度。因此，一种新的能够直观识别结构中缺陷存在的方法亟待推出。目前，传统的检测预应力结构的缺陷检测方法主要有探地雷达法和声速法(朱希安,苑守成.探地雷达在公路质量无损检测中的应用研究[J].煤田地质与勘探,2002,30(5):47-51.)，雷达法由于密集钢筋干扰限制其使用，而声速法主要靠技术人员的经验判断是否有缺陷，易受人主观因素影响而使判断结果不准确。由于上述缺陷检测方法存在的问题，从而预应力结构的缺陷检测结果有待商榷，所以研究一种检测精度更高的预应力结构的缺陷检测方法是势在必行的。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种预应力结构的缺陷检测方法以检测桥梁管道是否存在缺陷，结论客观真实，无需以人工经验判断。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种预应力结构的缺陷检测方法，包括如下步骤：步骤a)在待测通道外激发脉冲荷载，获得激发点两侧的反射速度信号；步骤b)将步骤a)所得反射速度信号进行分析处理；步骤c)对反射速度信号进行分数阶傅里叶变换，计算其分数阶域幅值比；步骤d)对步骤c)所得结果进行分析。优选地，步骤a)的具体操作为：在桥梁梁板外壁待测通道的中心位置施加脉冲载荷，随后用信号接收传感器分别接收脉冲激发点两侧的反射速度信号。更优选地，施加脉冲载荷时采用的激励信号为10个周期的脉冲信号，中心频率为100kHz。更优选地，反射速度信号提取点和脉冲激发点的距离为5～10cm；优选为5cm。优选地，步骤b)的具体操作为：利用MATLAB软件将将步骤a)所得反射速度信号进行二维搜索，由此得到反射速度信号的分数阶傅里叶变换的三维图，三维图的幅度值即为分数阶傅里叶变换值，横轴为p；更优选地，设三维图中幅度的最高峰值点对应的p值为最优p值。优选地，步骤c)的具体操作为：设p值为分数阶傅里叶变换的变换阶次，在MATLAB里对步骤a所得反射速度信号进行p阶分数阶傅里叶变换，得到其分数阶幅度谱，提取反射速度信号的分数阶域最高幅值点和次高幅值点，计算幅值比。优选地，对反射速度信号进行分数阶傅里叶变换的公式为：其中，χ(t)为激励信号的函数，Bα(t,u)为p阶分数阶傅里叶变换的核函数，dt为单位时间；得到的分数阶幅度谱中，横坐标为分数阶域u，纵坐标为分数阶幅度。更优选地，核函数Bα(t,u)的计算公式为：其中，δ(u+t)，δ(u-t)为坐标平移公式，n为整数，ɑ＝pπ/2，p为分数阶傅里叶变换的阶次。需要注意的是，χ(t)为激励信号的函数(MichaelsJE,LeeSJ,CroxfordAJ,etal.Chirpexcitationofultrasonicguidedwaves[J].Ultrasonics,2013,53(1):265-270.)，具体为：χ(t)＝-10*sin(2*π*freq*t)*(1-cos(2*π*freq*t/10))(3)其中，freq＝100000Hz。优选地，步骤d)的具体操作为：根据步骤c)所得结果进行分析，判断通道内是否存在缺陷。更优选地，步骤d)判断标准为：激发点两侧信号的分数阶域幅值比不相等时，待测通道为部分注浆；激发点两侧信号分数阶域幅值比相等时，待测通道为空注浆(即注浆密实度为0％)或满注浆(即注浆密实度为100％)；进一步判断空注浆或满注浆时，空注浆的反射速度信号入射波幅值远大于满注浆的反射速度信号入射波幅值。与现有技术相比，本专利技术提供的预应力结构的缺陷检测方法的优势是：用信号第分数阶傅里叶变换幅值比来反映结构内部缺陷，结果准确度高，即检测结果全部由电脑进行分析，避免了主观因素或人为因素的影响，规避了技术人员依靠经验来判断待测通道是否存在缺陷的正确性的风险，准确度高，客观性强，同时节省了检测时间，提高检测效率，具有很大的应用前景。附图说明图1a为通道注浆密实度为0％的有限元模型示意图；图1b为通道注浆密实度为30％的局部有限元模型示意图；图1c为通道注浆密实度为50％的局部有限元模型示意图；图1d为通道注浆密实度为70％的局部有限元模型示意图；图1e为通道注浆密实度为100％的局部有限元模型示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预应力结构的缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a)在待测通道外激发脉冲荷载，获得激发点两侧的反射速度信号；步骤b)将步骤a所得反射速度信号进行分析处理；步骤c)对反射速度信号进行分数阶傅里叶变换，计算其分数阶域幅值比；步骤d)对步骤c)所得结果进行分析。

【技术特征摘要】
1.一种预应力结构的缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a)在待测通道外激发脉冲荷载，获得激发点两侧的反射速度信号；步骤b)将步骤a所得反射速度信号进行分析处理；步骤c)对反射速度信号进行分数阶傅里叶变换，计算其分数阶域幅值比；步骤d)对步骤c)所得结果进行分析，判断通道内是否存在缺陷；其中，步骤d)判断标准为：激发点两侧信号的分数阶域幅值比不相等时，待测通道为部分注浆；激发点两侧信号分数阶域幅值比相等时，待测通道为空注浆或满注浆；进一步判断空注浆或满注浆时，空注浆的反射速度信号入射波幅值远大于满注浆的反射速度信号入射波幅值。2.根据权利要求1所述的预应力结构的缺陷检测方法，其特征在于，步骤a)的具体操作为：在桥梁梁板外壁待测通道的中心位置施加脉冲载荷，随后用信号接收传感器分别接收脉冲激发点两侧的反射速度信号。3.根据权利要求2所述的预应力结构的缺陷检测方法，其特征在于施加脉冲载荷时采用的激励信号为10个周期的脉冲信号，中心频率为100kHz。4.根据权利要求2所述的预应力结构的缺陷检测方法，其特征在于：反射速度信号提取点和脉冲激发点的距离为5～10cm。5.根据权利要求4所述的预应力结构的缺陷检测方法，其特征在于：反射速度信号提取点和脉冲激发点的距离为5cm。6.根据权利要求1所述的预应力...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙士国，邓志举，李婷，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43