一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法技术

基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法包括如下步骤：S1制备带脱空缺陷的钢管混凝土试件；S2在试件脱空缺陷位置及周围区域设置测试点位，并编号；S3将敲击力锤、加速度传感器和声压传感器分别连接数据采集仪，将数据采集仪连接PC机，设置测试参数；S4利用敲击力锤依次对测试点位进行敲击，采集敲击力锤的力信号、加速度传感器的结构加速度信号和声压传感器的声音信号，发送并存储于PC机；S5计算每个测点的加速度导纳面积和声压导纳面积，并与密实测点对比，若加速度导纳面积或声压导纳面积为密实测点1.5倍以上，则该测试点位为脱空点，否则为密实测点，定量评估钢管混凝土脱空深度。该方法操作简单，能满足快速、准确、无损的现代化检测需求。化检测需求。化检测需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法


[0001]本专利技术属于钢管混凝土拱桥领域及声学
，具体涉及一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法。

技术介绍

[0002]钢管混凝土拱桥由于受力性能好、强度高等优势，已成为大跨度桥梁的首选桥型之一，已得到了非常广泛的应用。钢管与混凝土之间的协同性能，是保证钢管混凝土拱桥承载力的关键。但由于构件承受的轴向压力、施工过程中的泵送质量、温度的变化、核心混凝土的收缩徐变以及添加剂的用量等多方面原因，导致钢管混凝土经常出现脱空等内部缺陷，严重影响钢管与混凝土之间的协同性能，威胁钢管混凝土拱桥的安全运营。
[0003]为能够对钢管混凝土结构性能进行可靠评估和缺陷有效治理，进而达到结构提载延寿目的，有必要对钢管混凝土进行准确定性、定量评估。目前，常用的检测方法主要分为有损检测法和无损检测法。无损检测法对结构不造成损伤，已成为了工程技术人员首选的检测方法。常用的无损检测法包括超声波法、热成像法等，有利地帮助了检测人员掌握结构缺陷情况，但它们也有一定的不足。如专利号CN201310341928.1公布了一种利用超声波检测钢管混凝土粘结的方法，但是结构的非均匀性很容易影响超声波的传播，导致该该方法难以辨别缺陷的类型，在实际桥梁检测中还需要其他方法进行辅助。专利号CN201810258818.1专利技术了一种利用热成像技术的钢管混凝土脱空无损检测方法，但该方法对环境和表面条件很敏感，红外热成像中使用的设备价格昂贵，同时目前还很难从红外热成像收集的数据中建立评估标准。
[0004]敲击法可以利用结构自身的声振特性对结构质量进行评估，如专利号CN201110009597.2提出了一种利用结构加速度信号计算结构固有频率和加速度功率谱的检测方法，但是该方法对敲击过程中的力信号和声音信号利用不足，同时无法对损伤程度进行定量评估。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法，该方法同时利用敲击过程中的结构加速度、敲击力锤力信号和敲击声音信号对脱空深度进行定性并定量评估，具体方案如下：
[0006]一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法，包括如下步骤：
[0007]S1，根据确定的钢管混凝土脱空缺陷的脱空形状、深度和位置以及钢管混凝土的钢管材质、厚度、长度、外圆直径、内圆直径和混凝土等级，制备带脱空缺陷的钢管混凝土试件；
[0008]S2，在步骤S1带脱空缺陷的钢管混凝土试件的脱空缺陷位置及周围区域设置测试点位，并对测试点位进行编号；
[0009]S3，将敲击力锤、加速度传感器和声压传感器分别连接数据采集仪，将数据采集仪
连接PC机，并将加速度传感器安装在带脱空缺陷的钢管混凝土试件表面，将声压传感器放在步骤S2敲击点位中心区域附近，并通过PC机设置测试参数；
[0010]S4，通过敲击力锤保持相近的力度依次对步骤S2编号的测试点位进行敲击，通过步骤S3的数据采集仪分别采集敲击力锤的力信号、加速度传感器的结构加速度信号和声压传感器的声音信号，并存储于PC机；
[0011]S5，计算步骤S2编号的每个测点的加速度导纳面积和声压导纳面积，在密实区域设置密实测点作为对照点，并与密实测点进行对比，判断测试点位的加速度导纳面积或声压导纳面积是否为密实测点的1.5倍以上，若加速度导纳面积或声压导纳面积为密实测点1.5倍以上，则评定该测试点位为脱空点，根据钢管混凝土脱空深度和加速度导纳面积或钢管混凝土脱空深度和声压导纳面积的映射关系，定量评估钢管混凝土脱空深度。
[0012]进一步地，所述带脱空缺陷的钢管混凝土试件的制备方法，包括如下步骤：
[0013]SS1：根据钢管混凝土的尺寸预制钢管材料，并在钢管一端采用钢板密封；
[0014]SS2：倒立钢管，使钢管密封端朝下，将预先计算好所需的混凝土体积量浇筑到钢管内部，通过螺栓拧紧密封钢管另一端；
[0015]SS3：将钢管倾斜放置，使钢管一端处于脱空状态，每天浇水养护28天。
[0016]进一步地，所述加速度导纳面积的计算公式为：
[0017][0018]式中，E
AF
(ω)为加速度导纳面积，S
AF
(ω)为加速度响应和锤击力锤力信号的互功率谱，S
FF
(ω)为锤击力锤力信号的自功率谱，ω为频率；
[0019]所述声压导纳面积的计算公式为：
[0020][0021]式中，E
PF
(ω)为声压导纳面积，S
PF
(ω)为声音信号和锤击力锤力信号的互功率谱，S
FF
(ω)为锤击力锤力信号的自功率谱，ω为频率。
[0022]进一步地，所述加速度响应和锤击力锤力信号的互功率谱或声音信号和锤击力锤力信号的互功率谱计算时的加窗方式采用矩形窗或汉宁窗，平均方式采用峰值保持，计算点数为4096点、8192点、16384点、32768点或65536点。
[0023]进一步地，在步骤S3中，所述带脱空缺陷的钢管混凝土试件水平放置，两端采用圆形木头对称支撑，支撑位置为带脱空缺陷的钢管混凝土试件长度的1/20和19/20处。
[0024]进一步地，采用结构胶将步骤S3所述的加速度传感器安装在带脱空缺陷的钢管混凝土试件的1/6～5/6之间的表面。
[0025]进一步地，步骤S3中所述的测试参数包括：采样频率、采样点数、采样结束方式和滤波方式，采样频率设置为51.2kHz，采样点数设置为65536点，采样结束方式设置为按块结束方式，32块，每块1024点，滤波方式设置为低通滤波，范围为不大于5000Hz。
[0026]本专利技术的优点
[0027]第一，本专利技术基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法，是一种综合考虑了测试点位的敲击力锤的力信号、加速度信号和声音信号的测试方法，提出了加速度导纳面积和声压导纳面积两个新指标，通过与密实点位的对比，定性并定量评估钢管混凝土的脱空，评
估结果准确可靠。
[0028]第二，与超声波检测方法相比，本专利技术不受结构非均匀性以及缺陷类型和缺陷形状的影响，抗干扰性强，在实际桥梁检测中无需其他检测方法进行辅助。
[0029]第三，与热成像检测方法相比，本专利技术通过数字滤波方法进行降噪后，对环境敏感性很低，所需设备简单且便宜，提出的计算指标较为可靠。
[0030]第四，与现有的敲击检测方法相比，本专利技术考虑的信息更为全面，而非采用单一的数据进行评估，评估指标与脱空深度呈现良好的单调性，更容易建立脱空深度与评估指标的映射关系，进而定量评估脱空深度。
[0031]第五，本专利技术提供的测试方法，操作简单，无需过多复杂的安装和拆除工作，可满足快速、准确、无损的现代化检测需求。
附图说明
[0032]图1为本专利技术基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法的流程图。
[0033]图2为敲击力锤、加速度传感器、声压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，根据确定的钢管混凝土脱空缺陷的脱空形状、深度和位置以及钢管混凝土的钢管材质、厚度、长度、外圆直径、内圆直径和混凝土等级，制备带脱空缺陷的钢管混凝土试件；S2，在步骤S1带脱空缺陷的钢管混凝土试件的脱空缺陷位置及周围区域设置测试点位，并对测试点位进行编号；S3，将敲击力锤、加速度传感器和声压传感器分别连接数据采集仪，将数据采集仪连接PC机，并将加速度传感器安装在带脱空缺陷的钢管混凝土试件表面，将声压传感器放在步骤S2敲击点位中心区域附近，并通过PC机设置测试参数；S4，利用敲击力锤依次对步骤S2编号的测试点位进行敲击，通过步骤S3的数据采集仪分别采集敲击力锤的力信号、加速度传感器的结构加速度信号和声压传感器的声音信号，发送并存储于PC机；S5，计算步骤S2编号的每个测点的加速度导纳面积和声压导纳面积，在密实区域设置密实测点作为对照点，并与密实测点进行对比，判断测试点位的加速度导纳面积或声压导纳面积是否为密实测点的1.5倍以上，若加速度导纳面积或声压导纳面积为密实测点1.5倍以上，则评定该测试点位为脱空点，根据钢管混凝土脱空深度和加速度导纳面积或钢管混凝土脱空深度和声压导纳面积的映射关系，定量评估钢管混凝土脱空深度。2.根据权利要求1一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法，其特征在于，所述带脱空缺陷的钢管混凝土试件的制备方法，包括如下步骤：SS1：根据钢管混凝土的尺寸预制钢管，并密封钢管一端；SS2：倒立钢管，使钢管密封端朝下，将预算好的混凝土体积量浇筑到钢管内部，密封钢管另一端；SS3：倾斜放置钢管，使钢管一端处于脱空状态，每天浇水养护28天。3.根据权利要求1一种基于声振特性的钢管混凝土脱空检测方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃悦，谢开仲，王秋阳，彭佳旺，王红伟，郭晓，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：