聲波CT在橋梁結(jié)構(gòu)檢測中的應用
2011-10-10 來源：中國鳴網(wǎng)
1、引言
預應力橋梁結(jié)構(gòu)混凝土工程如橋墩、橋臺、梁板等大多數(shù)為混凝土結(jié)構(gòu)，所以混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接關(guān)系到預應力橋梁結(jié)構(gòu)的安全，混凝土結(jié)構(gòu)物任何一部分出現(xiàn)質(zhì)量問題，都會危及整個預應力橋梁結(jié)構(gòu)的安全，因此必須加強預應力橋梁結(jié)構(gòu)混凝土工程的質(zhì)量檢測。目前聲波CT檢測預應力橋梁結(jié)構(gòu)混凝土工程是先進的無損檢測方法之一，該方法通過對所測混凝土實體的聲學參數(shù)的統(tǒng)計分析，判定混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量優(yōu)劣。并圈定混凝土結(jié)構(gòu)低強度區(qū)域的部位、范圍、程度；為整治預應力橋梁結(jié)構(gòu)的病害和施工質(zhì)量控制、工藝改進提供依據(jù)。
2、預應力橋梁結(jié)構(gòu)混凝土工程質(zhì)量檢測技術(shù)—聲波CT
2.1聲波CT工作原理
聲波CT是利用聲波穿透工程介質(zhì)，通過聲波走時和能量衰減的觀測對工程結(jié)構(gòu)成像。聲波在穿透工程介質(zhì)時，其速度快慢與介質(zhì)的彈性模量、剪切模量、密度有關(guān)。介質(zhì)密度大、強度高的其模量大，波速高、衰減小，；破碎疏松介質(zhì)的波速低、衰減大；波速可作為混凝土強度和缺陷評價的定量指標。聲波CT特別適用于研究工程介質(zhì)力學強度的分布，在工程檢測中常被用來探查混凝土強度、空洞、不密實區(qū)等結(jié)構(gòu)缺陷。聲波CT具有分辨率高、可靠性好、圖像直觀的特點，已被越來越廣泛地應用于工程結(jié)構(gòu)檢測和工程病害診斷中。
混凝土的聲波速度可以作為評價混凝土抗壓強度與密實度的定量指標?；炷恋牟ㄋ倥c混凝土抗壓強度有正相關(guān)關(guān)系，已有大量理論研究和測試對比數(shù)據(jù)和回歸關(guān)系?？捎糜谠诮蛄旱馁|(zhì)量控制和運行橋梁的病害診斷，檢測的分辨率可達分米級。
2.2觀測系統(tǒng)布置
根據(jù)預應力橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的具體情況，常用的測線布置方式如圖1所示，白色點為接收點，黑色點為激發(fā)點。理論及實踐都證明，三側(cè)激發(fā)一側(cè)接收，所得反演效果最好，射線密度達到要求。一般檢測過程中測線都采用該方式布置。根據(jù)預應力橋梁結(jié)構(gòu)的頂板、底板、腹板和隔板臨空面不同，采用適合的測線布置方法。激發(fā)點間距和接收點間距都是30cm。
2.3觀測系統(tǒng)完備性評價
觀測系統(tǒng)完備是聲波CT結(jié)果可靠性的基本保障。觀測系統(tǒng)的完備性是通過單元的射線密度和射線正交性來衡量的。因而，射線密度和射線正交性就成了表征觀測系統(tǒng)完備性的兩個重要指標，他們是觀測系統(tǒng)可靠性評價的有效方法。為保證聲波CT結(jié)果的可靠性和分辨率，要求研究區(qū)內(nèi)每個單元體內(nèi)的射線超過40條，同時要求每個單元體內(nèi)通過的射線其交角至少有一組大于60°，其交角的正弦值大于0.87。
2.4后期成像
所用軟件為TDSoft的《工程CT》，該軟件有模塊化設計、文件格式要求清晰、處理速度快等優(yōu)點。軟件共有數(shù)據(jù)輸入、射線追蹤、速度反演三個主模塊和正交性分析一個輔助模塊組成。最后通過網(wǎng)格化、成圖、白化、導出DXF格式等多個步驟的處理，最終得到混凝土聲波CT波速反演圖。
3、實際工程中的應用
3.1工程介紹
銅陵長江公路大橋位于安徽省銅陵市羊山磯下游600m處，橋型為預應力鋼筋混凝土雙塔索面斜拉橋，主橋總長1152m，80+90+190+432+190+90+80（m）的7孔連續(xù)布置，由主跨432m的雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋和連續(xù)T型剛構(gòu)的邊跨所組成（圖2所示）。該橋橋塔采用H型門式結(jié)構(gòu)，箱形斷面，塔高153.65m。斜拉索為扇形布置，每個索面有26對索，索距8m。主梁為預應力混凝土梁板式結(jié)構(gòu)，橋?qū)?3m，梁高2m。該橋于1991年12月開工建設，1995年12月26日竣工通車。
3.2檢測結(jié)果分析
采用聲波CT反演成像技術(shù)對銅陵長江公路大橋銅陵側(cè)變截面梁段I-I斷面底板混凝土，1個剖面進行了檢測驗證。將采集的數(shù)據(jù)運用CT軟件處理，得到混凝土聲波CT波速反演圖。下圖對銅陵長江公路大橋銅陵側(cè)變截面梁段I-I斷面底板混凝土聲波CT波速反演圖進行結(jié)果分析。
聲波CT反演圖檢測結(jié)果表明，該梁段底板混凝土平均波速為4.33km/s，變異系數(shù)為0.159，混凝土質(zhì)量一般；底板距橫隔板12.0-6.0m,離左腹板6.0-10.0m范圍和距橫隔板21.5-5.0m,離左腹板1.0-4.0m范圍（有混凝土掉快），存在較大面積的低波速區(qū)域，低波速區(qū)域的面積為6.0m2,波速低于4.0km/s，混凝土質(zhì)量相對較差，對橋梁局部結(jié)構(gòu)有一定影響。
存有混凝土掉快現(xiàn)象的底板部位與混凝土聲波CT反演圖中，某低波速區(qū)域與橋梁結(jié)構(gòu)混凝土掉塊部位相互驗證。
4、結(jié)論
通過對銅陵長江公路大橋混凝土工程混凝土質(zhì)量的檢測，并通過對所檢混凝土外觀檢查驗證，充分說明了聲波CT技術(shù)對檢測混凝土質(zhì)量的準確性和有效性。該技術(shù)的成功應用，將有力的推動聲波CT成像技術(shù)在預應力混凝土橋梁混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測中的廣泛應用。
