基于声波能量特性的灌浆构件无损检测技术研究

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灌浆构件通过向构件内注入灌浆料提升结构整体性,满足结构力学性能要求,是一种在桥梁建筑领域应用广泛的构件,灌浆套筒构件、钢管混凝土构件是两种典型的灌浆构件。灌浆构件在结构中往往起到重要作用,其内部灌浆料的灌浆质量是满足结构安全性、耐久性、适用性的关键。由于灌浆构件注浆过程的隐蔽性与复杂性使得注浆完成后可能存在脱空、蜂窝等缺陷,因此需要对灌浆构件内部灌浆质量进行评定。声波法是应用广泛的无损检测方法,本文基于声波能量特性进行了灌浆构件的无损检测技术研究,通过对声学信号的时域、频域的信号特征进行对比与分析,提取能够反映灌浆构件内部状态的特征参数,有助于提高灌浆质量的检测精度,主要研究内容及结果如下:(1)研究了灌浆缺陷对灌浆套筒构件声学传播特性的影响。分别建立存在脱空缺陷与不存在脱空缺陷的灌浆套筒构件有限元模型,对接收到的时域、频域信号进行处理,分析套筒内有、无脱空缺陷对时域信号的影响,基于声波能量特性提取出了特征参数,可以有效评价灌浆套筒灌浆质量,定义为局部共振散射衰减特征参数α,建立了不同灌浆饱满度的灌浆套筒构件模型,对其进行声学传播特性分析。结果表明,局部共振散射衰减特征参数α可以判别构件中的套筒内是否存在脱空缺陷,其数值随着灌浆饱满度的减小而增加。(2)研究了灌浆缺陷对钢管混凝土构件声学传播特性的影响。建立存在部分脱空的钢管混凝土构件有限元模型,对回波信号的时域、频域信息进行处理,通过分析钢管混凝土内壁脱空缺陷对声学传播特性的影响,提取出了特征参数来评价钢管混凝土构件灌浆质量,定义为能量特征参数EU,建立了具有蜂窝缺陷形式的钢管混凝土有限元模型,对其进行声学传播特性分析。结果显示,能量特征参数EU能够有效识别钢管混凝土内部是否存在灌浆缺陷。(3)分别制作了灌浆套筒构件与钢管混凝土构件这两种典型灌浆构件的试件模型,并对试件模型进行了声学测试,获取其时域、频域信息。灌浆套筒试件模型测试结果表明,局部共振散射衰减特征参数α可以有效地描述测试面内是否存在脱空缺陷;钢管混凝土试件模型测试结果表明,能量特征参数EU可以有效地描述测试面内是否存在脱空缺陷。试验结果表明基于声波能量特性的特征参数能够有效地识别灌浆构件的内部注浆状态。本文基于声波的能量特性提取了测试信号的特征参数,可以反映灌浆构件内部的灌浆质量,在实际应用中具有一定的指导和借鉴意义。
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