1) 单面平测法 。 当结构或构件只有一个表面可供检测时 ,可采用单面平测法 进行裂缝深度的检测 。检测时可在裂缝检测部位以不同的测距 同时按跨缝和不跨缝布置测点 ,分别测量超声波从 T 到 R 的声时 值 。其具体方法如图 1 所示 。
1 混凝土强度检测 1. 1 检测原理
结构混凝土的抗压强度与超声波在混凝土中的传播速度之 间的相关性是超声法检测混凝土强度的理论基础 。根据弹性力 学理论 ,超声波在混凝土中的传播速度与混凝土的弹性模量 、材 料密度的关系为 :
vf
=
co
tαLt22
-
L1 。 t1
未损伤层混凝土的声速为 :
va
=
cotβLt55
-
L3 。 t3
其中 , L 1 , L 2 , L 3 , L 5 分别为转折点前后各测点的测距 ; t1 ,
t2 , t3 , t5 分别为相对测距 L 1 , L 2 , L 3 , L 5 的声时值 。
混凝土表面损伤层的厚度 :
On a pplication of ultrasonic in nondestructive testing of civil engineering
ZHANG Shu2xun Abstract : The paper introduces t he characteristics of ultrasonic , explores t he application of ultrasonic in nondestructive testing of civil engineer2 ing from t he intensity test of concrete , t he internal defect monitoring , and t he surface damage test , so as to exert t he advantages of t he ultra2 sonic , extend its application in nondestructive testing of civil engineering. Key words : ultrasonic , nondestructive testing , architectural structure
山 西 建 筑 第 35 200
卷 第 33 9年11
期 月
SHANXI
ARCHI
T EC
TU
R
E
VNoolv..3 5 2N0o0.933
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文章编号 :100926825 (2009) 3320077202
超声波在土木工程无损检测中的应用
测 →强度推定 。由于混凝土的强度和波速之间的定量关系受到
混凝土的原材料性质及配合比的影响 ,影响因素有骨料的品种 、
粒径的大小 、水泥的品种 、用水量和水灰比 、混凝土的龄期 、测试
时试件的温度和含水率等 。所以 ,对于各种类型的混凝土不可能
有统一的 f —v 曲线 ,只有考虑各种因素和条件 ,建立各种专门曲
4 结语
超声波检测方法是结构无损检测的重要手段 。随着检测技
术的不断发展和检测设备的不断进步 ,超声法在土木工程结构无
损检测中的应用越来越广泛 。为了充分发挥超声法的优势 ,提高
其在土木工程结构无损检测中的应用前景 ,应着重研究超声法在
强度检测中的相关强度方程 ,制订相关内部缺陷检测规范和试验
操作规程 ,使超声法在土木工程结构无损检测中的应用更加规范化。
如结构的损伤层厚度不均匀时 ,应适当增加测区数 。
3. 2 数据处理及判定
根据各测点的声时及测距 ,绘制“时 —距”坐标图 ,如图 7 所 示 。由于混凝土损伤后使超声波传播速度变化 ,因此在“时 —距” 坐标图上出现转折点 。由此可求得超声波在损伤层混凝土与未
损伤混凝土中的传播速度 。
损伤层混凝土的声速为 :
张树勋
摘 要 :介绍了超声波的特点 ,从混凝土强度检测 、混凝土内部缺陷检测和混凝土表层损伤检测三方面探讨了超声波在
土木工程无损检测中的应用 ,以充分发挥超声法的优势 ,推广其在土木工程结构无损检测中的应用 。
关键词 :超声波 ,无损检测 ,建筑结构
中图分类号 : TU317
文献标识码 :A
超声波具有定向性好 、穿透性强 、清洁无污染 、能够穿透被检 测材料的内部的特点 ,在机械 、航天等领域常用作对材料 、焊缝等 进行探伤和可靠性评定 。随着检测技术的不断发展 ,超声波作为 一种新型的无损检测手段 ,其在土木工程中的应用也日益广泛 , 不仅可以用于材料强度的检测 ,也可对材料的内部缺陷 、表面裂 缝进行检测和描述 。
传播距离 ; ti , t0i 分别为测距为 li 时不跨缝和跨缝测得声时值 。
2) 双面斜测法 。
当结构的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面 (梁 、板 、柱
等) 时 ,可采用双面斜测法测量裂缝深度 。测量方法如图 2 所示 。
将 T ,R 换能器分别置于对应测点 1 ,2 ,3 …的位置 ,读取相应的声
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(或声速) 、波幅或频率值的相对变化确定异常测点的 坐标位置 ,从而判定缺陷的范围 。
2. 2. 1 检测方法
1) 对测法 。 当结构具有两对互相平行的测试面时可采用对测法 。在测区 的两对相互平行的测试面上 ,分别画间距为 200 mm～300 mm 的网 格 ,确定出测点的位置 ,如图 3 所示 。 2) 斜测法 。 对于只有一对相互平行的测试面可采用斜测法 。即在测区 的两个相互平行的测试面上 ,分别绘出交叉测试的两组测点位 置 ,如图 4 所示 。
df
=
L0 2
va - vf 。 va + vf
其中 , L 0 为声速产生突变时的测距 。 超声法检测混凝土缺陷的原理 ,也可用于混凝土各部位相对
均匀性的检测 。检测时 ,测点布置应均匀 ,间距一般为 200 mm～
500 mm 。然后 ,根据各测点声速均匀性 (用标准差和离差系数判
断) 来判断混凝土的均匀性 。
时值 ti 和波幅值 A i 及频率值 f i 。当 T ,R 换能器的连线通过裂缝 时 ,超声波在裂缝的界面上产生很大的衰减 ,接收信号的波幅和
1. 2 检测步骤
具体检测步骤为 :检测系统 →测区数量 →测区布置 →超声检
频率明显降低 。根据波幅和频率的突变 ,可以判定裂缝的深度以 及是否在平面方向贯通 。
相同的测距布置在裂缝同一侧完好混凝土的表面 ,测得相应的声
时为 ti ,则裂缝的深度可按下式计算 :
f
k cu
=
A vB
。
其中 , f cku为混凝土强度换算值 ; A , B 均为常数项 。
dci =
li 2
t 0i ti
2
- 1。
其中 , dci为第 i 次量测的裂缝深度 ; li 为第 i 次量测的超声波
换能器常选用频率放低的厚度振动式 ,采用表面平测法进行 检测 。检测时 ,换能器布置如图 6 所示 。发射换能器布置在 T 点 耦合好后不动 ,接收换能器依次耦合安置在 R1 ,R2 ,R3 …并测读相应
的声时值 t1 , t2 , t3 …及两个换能器之间的距离 L 1 , L 2 , L 3 …换能 器每次移动距离不宜大于 100 mm ,每一测区内不得少于 5 个测 点。
洞的范围 。当判断缺陷是空洞 ,且只有一对可供测试的表面时 , 混凝土内部空洞尺寸可按下式进行估算 。其他情况参照 CECS
21∶90 估算空洞尺寸 。r =
L 2
th m to
2
- 1 。其中 , th 为缺陷处的
最大声时值 ; mto为无缺陷区域的平均声时值 。
3 混凝土表层损伤检测
3. 1 检测方法
线 ,在使用时才能得到比较满意的精度 。
2 混凝土内部缺陷检测
2. 1 混凝土裂缝检测
对于结构混凝土开裂深度不大于 500 mm 的裂缝 ,可采用平 测法或斜测法进行检测 。
2. 2 混凝土不密实区和空洞检测
超声检测混凝土内部的不密实区域或空洞的原理 ,是根据各
收稿日期 :2009207222 作者简介 :张树勋 (19762 ) ,男 ,中国矿业大学工程硕士研究生 ,江苏 徐州 221000
3) 钻孔法 。 当结构测试距离较大时 ,可在测区的适当部位钻出平行于结 构侧面的测试孔 ,直径范围为 45 mm～50 mm ,其深度视测试需 要决定 ,换能器测点布置如图 5 所示 。
2. 2. 2 数据处理与缺陷判定
数据处理 :采用 3σ法则或萧维纳准则等常用数值分析方法 剔除异常数据 。缺陷判断 :当测区中某些测点出现声时延长 (或 声速降低) 、波幅降低 、高频部分明显衰减的异常情况时 ,可结合 异常点的分布及波形状态确定混凝土内部存在不密实区域和空
V=
ρ( 1
E(1 - v) + v) (1 -
2
v)
。
其中 , V 为超声波在混凝土中传播的波速 ;ρ为混凝土的密
度 ; v 为混凝土的泊松比 。
目前常用的表达式有幂函数方程 :
将发射换能器 T 和接收换能器 R 以裂缝为对称布置在裂缝
的两侧 ,其距离为
li
,测得超声波传播的声时为
t
0 i
,再将换能器以
参考文献 :
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2009 (7) :20222.
[ 2 ] 沈建惠. 混凝土强度检测中的无损检测技术探讨 [J ] . 中国
建设信息 ,2009 (8) :30.
[ 3 ] GB/ T 5034422004 ,建筑结构检测技术标准[ S] .