一种基于热异常的钢壳混凝土脱空检测方法技术

本发明专利技术涉及钢壳混凝土检测领域，具体公开了一种基于热异常的钢壳混凝土脱空检测方法，通过依据待制作的钢壳混凝土的结构形态，通过仿真，生成过水管道的最优布局，以及在仿真软件中的过水管道的入口导入热源介质后，钢壳混凝土表面温度场

【技术实现步骤摘要】
一种基于热异常的钢壳混凝土脱空检测方法


[0001]本专利技术涉及钢壳混凝土检测领域，尤其涉及一种基于热异常的钢壳混凝土脱空检测方法。

技术介绍

[0002]随着现代工程技术的飞速发展，各种地下隧道、水下沉管隧道、穿山隧道等高难度工程的施工技术也在快速的迭代进步。其中，钢壳混凝体模块的出现，极大的提高了各类复杂工程的施工质量与效率。钢壳混凝土结构是使用钢板包裹混凝土，形成类似“三明治”的符合结构，具有承载能力大、防水性能好等优点。然而，该结构的混凝土浇注隔仓多，需要在封闭隔仓里实现混凝土自密实填充；因此，钢壳混凝土结构存在“三杂三高”的问题，即在钢壳结构复杂、结构内部构造复杂、自密实混凝土流态复杂的条件下，要保证自密实混凝土性能高、浇筑质量高以及浇筑后的检测精度高。钢壳混凝土脱空检测是确保钢壳混凝土沉管隧道高质量建设和长期运行安全的重要保障。由于钢壳的存在，使得各种电磁波类检测方法难以运用，目前主要的无损检测方法包括弹性波类和射线类检测方法，弹性波类检测方法主要有超声波法、冲击回波法和打音法；射线类检测方法主要有中子射线法等。然而这些方法检测效率较低，成本较高，且适用性较差，检测精度不高，缺少成熟的技术和方法借鉴。
[0003]为解决钢壳混凝土脱空缺陷无损检测这一技术难题，并进行大范围的工程推广应用，保证工程浇筑质量，急需研发经济适用、简单便捷的钢壳混凝土脱空检测方法。热传导检测的方法开始被各研究机构与施工单位尝试与运用。现有的几种利用热传导来检测钢壳混凝土脱空的方法，比如采用涡流(电磁激励)、冷/热风、冷/热水喷淋等手段加热钢壳表面，通过检测表面温度的上升与冷却是否均匀，这种方法需要很大功率的热激励，加热过程中局部点位温度很高，很容易造成钢材与混凝土界面损伤；此外，由于钢材的热传导系数远大于混凝土的热传导系数，局部脱空区域温差很小，特别是脱空很小或位置较深时，采用外部热激励对钢壳加热，并拍摄热成像的方法无法进行准确识别。
[0004]也有方案采用将若干连续或网状分布的传感器预埋在钢壳混凝土内部，通过加热或冷却钢壳表面，读取传感器的读数变化参数，此类方法的传感器虽可在后续施工后用于长期检测钢壳混凝土的使用情况，但其对钢壳混凝土的加工工艺要求极高、传感器与配套检测设备成本高，施工难度大，且存在使用寿命低的问题，难以得到推广。

技术实现思路

[0005]为了克服现有的钢壳混凝土脱空检测方法成本高、准确度差、检测效率低的问题，本专利技术提供一种基于热异常的钢壳混凝土脱空检测方法，包括：
[0006]依据待制作的钢壳混凝土的结构形态，通过仿真软件，生成过水管道的最优布局，以及在仿真软件中的所述过水管道的入口导入热源介质后，生成所述钢壳混凝土表面的温度场
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时间变化的仿真结果；其中，所述过水管道两端分别设有入口和出口，所述热源介质是温度高于/低于环境温度的气体或液体；
[0007]依据所述最优布局，在所述钢壳混凝土内预埋所述过水管道，并完成所述钢壳混凝土的浇筑；
[0008]在所述过水管道的入口导入热源介质，并利用热成像设备在若干所述预设时间节点依次采集钢壳混凝土表面的温度场数据；
[0009]依据所述预设时间节点，将所述温度场数据与所述仿真结果进行对比，所述温度场数据中温度变化梯度较仿真结果的偏差值大于限定值的区域是脱空区域。
[0010]作为优选地，所述依据待制作的钢壳混凝土的结构形态，通过仿真软件，生成过水管道的最优布局，具体为：
[0011]在仿真软件中导入待制作的钢壳混凝土的结构形态；
[0012]设置过水管道的直径及布置方式；
[0013]生成过水管道的第一布局；
[0014]通过仿真软件建立温度场仿真模型，模拟在过水管道中导入热源介质，进行温度场仿真计算；
[0015]依据钢壳混凝土表面的温度场
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时间分布是否均匀，优化所述第一布局并重新进行仿真计算，直至温度场
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时间分布达到最均匀的状态；
[0016]将优化后的第一布局输出成为最优布局。
[0017]优选地，所述热源介质为温度均匀且温度高于环境温度的液态水。
[0018]优选地，所述过水管道的进口还设有温度传感器，用于试检测进口处所述热源介质的实时温度，并导入仿真软件，对仿真结果进行校准。
[0019]优选地，若干所述预设时间节点，具体为：
[0020]从开始导入所述热源介质起的第1min、第5min、第10min、第15min与第30min。
[0021]优选地，所述在所述钢壳混凝土内预埋所述过水管道，并完成所述钢壳混凝土的浇筑，具体为：
[0022]在所述钢壳混凝土内预埋所述过水管道；
[0023]暂时堵塞过水管道的出口，向管道流水的入口加水，检测过水管道是否密闭；如否，维修过水管道；
[0024]如是，开放过水管道的出口，检测过水管道是否通畅；如否，维修过水管道直至通畅，并返回检测是否密闭；
[0025]如是，完成所述钢壳混凝土的浇筑。
[0026]优选地，还包括步骤如下：
[0027]通过在钢壳混泥土中预埋空泡实现人工预设脱空区域，制成一个脱空测试件；
[0028]依据脱空测试件结构形态，通过仿真软件，生成过水管道入口导入热源介质后，脱空测试件表面温度场
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时间变化的仿真校准结果；
[0029]对脱空测试件的过水管道导入热源介质，并利用热成像设备在若干所述预设时间节点依次采集脱空测试件表面的温度场校正数据；
[0030]通过比较温度场校正数据与仿真校准结果，校准仿真软件的配置参数。
[0031]优选地，所述依据所述预设时间节点，将所述温度场数据与所述仿真结果进行对比，所述温度场数据中温度变化梯度较仿真结果的偏差值大于限定值的区域是脱空区域，具体为：
[0032]所述依据所述预设时间节点和所述温度场数据，绘制各预设时间节点钢壳混凝土表面的温度场云图；
[0033]比较温度场云图与所述仿真结果，获取温度异常区域；
[0034]计算温度异常区域的温度梯度值gradt，当所述温度梯度值gradt大于N时，则确认所述温度异常区域是脱空区域；
[0035]其中，N为通过试验测量获得的温度梯度限定值，所述温度梯度值gradt的计算公式如下：
[0036][0037]上式中，n为法向方向单位矢量，Δt为温度增量，Δn为法向距离，所述法向为等温线的法向，为温度对法向距离的偏导。
[0038]本专利技术的有益效果是：
[0039](1)通过成本较低的预埋钢管与导入热源介质对钢壳混凝土进行脱空检测，实施过程简单，成本低，对钢壳混凝土的结构强度损害低，检测效率与精度相比于现有检测方法高，对检测场地与环境要求低。
[0040](2)通过将热成像仪的温度场数据与仿真结果进行比对，可以精确高效的判断是否存在脱空可以比现有检测方法跟高效的判断脱空的大小，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热异常的钢壳混凝土脱空检测方法，其特征在于，包括：依据待制作的钢壳混凝土的结构形态，通过仿真软件，生成过水管道的最优布局，以及在仿真软件中的所述过水管道的入口导入热源介质后，生成所述钢壳混凝土表面的温度场
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时间变化的仿真结果；其中，所述过水管道两端分别设有入口和出口，所述热源介质是温度高于/低于环境温度的气体或液体；依据所述最优布局，在所述钢壳混凝土内预埋所述过水管道，并完成所述钢壳混凝土的浇筑；在所述过水管道的入口导入热源介质，并利用热成像设备在若干所述预设时间节点依次采集钢壳混凝土表面的温度场数据；依据所述预设时间节点，将所述温度场数据与所述仿真结果进行对比，所述温度场数据中温度变化梯度与仿真结果的偏差值大于限定值的区域是脱空区域。2.根据权利要求1所述的一种基于热异常的钢壳混凝土脱空检测方法，其特征在于，所述依据待制作的钢壳混凝土的结构形态，通过仿真软件，生成过水管道的最优布局，具体为：在仿真软件中导入待制作的钢壳混凝土的结构形态；设置过水管道的直径及布置方式；生成过水管道的第一布局；通过仿真软件建立温度场仿真模型，模拟在过水管道中导入热源介质，进行温度场仿真计算；依据钢壳混凝土表面的温度场
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时间分布是否均匀，优化所述第一布局并重新进行仿真计算，直至温度场
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时间分布达到最均匀的状态；将优化后的第一布局输出成为最优布局。3.根据权利要求1所述的一种基于热异常的钢壳混凝土脱空检测方法，其特征在于，所述热源介质为温度均匀且温度高于环境温度的液态水。4.根据权利要求1所述的一种基于热异常的钢壳混凝土脱空检测方法，其特征在于，所述过水管道的进口还设有温度传感器，用于试检测进口处所述热源介质的实时温度，并导入仿真软件，对仿真结果进行校准。5.根据权利要求1所述的一种基于热异常的钢壳混凝土脱空检测方法，其特征在于，若干所述预设时间节点，具体为：从开...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金祥，吕述晖，毛凤山，苏世定，刘介山，廖李灿，张博，
申请(专利权)人：中交四航工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：