在進(jìn)行大跨度鐵路連續(xù)梁橋檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，作為懸臂現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，0號(hào)塊澆筑過程中由于其致密鋼筋網(wǎng)及振搗不充分的影響，內(nèi)部較容易形成不密實(shí)區(qū)域，影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全。
現(xiàn)今行業(yè)內(nèi)主要采用雷達(dá)和彈性波檢測(cè)技術(shù)對(duì)運(yùn)營中的橋梁進(jìn)行檢測(cè)。通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)對(duì)內(nèi)部存在致密鋼筋網(wǎng)的混凝土構(gòu)件的檢測(cè)效果較差，因此彈性波檢測(cè)技術(shù)成為主要檢測(cè)方法。但是目前行業(yè)內(nèi)的彈性波檢測(cè)儀適合用于檢測(cè)規(guī)則的矩形構(gòu)件，無法對(duì)曲面構(gòu)件進(jìn)行直接檢測(cè)。
為此，南京交通運(yùn)營管理集團(tuán)有限公司的技術(shù)人員從工程實(shí)際出發(fā)，對(duì)檢測(cè)過程中遇到的曲面構(gòu)件進(jìn)行了彈性波層析成像研究，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了反演成像及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。
1、 彈性波檢測(cè)原理
彈性波定義
應(yīng)力波是應(yīng)力和應(yīng)變擾動(dòng)的傳播形式，而彈性波是應(yīng)力波的一種，即擾動(dòng)或外力作用引起的應(yīng)力和應(yīng)變?cè)趶椥越橘|(zhì)中傳遞的形式，從波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向來進(jìn)行分類，主要分為縱波和橫波，此次研究的對(duì)象為縱波。
理論支撐
根據(jù)已有的研究可知，利用縱波聲速來評(píng)價(jià)混凝土構(gòu)件內(nèi)部的密實(shí)質(zhì)量具有明確的理論支撐。
LESLIE等提出的混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：聲速大于4500 m/s為優(yōu)；聲速為3600~4500 m/s為好；聲速為3000~3600 m/s為一般；聲速為2100~3000 m/s為差；聲速小于2100 m/s為劣。
楊武介紹的混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：聲速大于4120 m/s為優(yōu)；聲速為3300~4120 m/s為良好；聲速為2750~3300 m/s為一般；聲速為1920~2750 m/s為較差；聲速小于1920 m/s為很差?？梢姡v波聲速已被作為重要指標(biāo)廣泛應(yīng)用于混凝土內(nèi)部質(zhì)量的評(píng)價(jià)中。
2、 彎曲界面模型
使用傳統(tǒng)彈性波法檢測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷時(shí)，最常見的檢測(cè)剖面為雙面平行的矩形剖面和僅有一組對(duì)面平行的梯形剖面，由于在工程混凝土的檢測(cè)中彎曲界面較少，且混凝土缺陷檢測(cè)的相關(guān)規(guī)范中有關(guān)于平行檢測(cè)面的強(qiáng)制要求，故目前對(duì)彎曲界面檢測(cè)的研究不多。為了滿足工程實(shí)際需要，這里以彎曲界面為模型進(jìn)行檢測(cè)研究。單彎曲界面檢測(cè)剖面模型如圖1所示（圖中F1～F11為激震點(diǎn)，S1～S11為受信點(diǎn)）。
圖1 單彎曲界面檢測(cè)剖面模型
3、 工程應(yīng)用
傳統(tǒng)彈性波CT檢測(cè)
使用傳統(tǒng)CT方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，一般沿底板向上布置3個(gè)檢測(cè)剖面，1#剖面距0號(hào)塊底板8 cm，2#和3#剖面間隔10 cm依次向上布置。
圖2為1#剖面?zhèn)鹘y(tǒng)彈性波CT檢測(cè)的結(jié)果（使用SCE-MATS型混凝土多功能檢測(cè)儀數(shù)據(jù)處理軟件，圖中百分比為該波速區(qū)域的體積占比）。由圖2可見，由于人孔內(nèi)壁存在植入鋼板和傳統(tǒng)方法對(duì)較高波速反應(yīng)不敏感（鋼材中縱波聲速≥5900 m/s），傳統(tǒng)的彈性波CT檢測(cè)模式已無法顯示出人孔的位置。
圖2 1#剖面?zhèn)鹘y(tǒng)彈性波CT檢測(cè)結(jié)果
曲面彈性波CT檢測(cè)
針對(duì)該0號(hào)塊的特點(diǎn)，采取分區(qū)檢測(cè)的測(cè)區(qū)布置方式對(duì)其曲面進(jìn)行彈性波CT檢測(cè)，測(cè)區(qū)布置如圖3所示。
圖3 曲面彈性波CT檢測(cè)測(cè)區(qū)布置示意
圖3中，測(cè)區(qū)A，D采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行檢測(cè)；測(cè)區(qū)B，C的檢測(cè)方式如圖1所示，檢測(cè)得到11×11個(gè)聲時(shí)數(shù)據(jù)。反演成像時(shí)，首先對(duì)該測(cè)區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分（等間隔劃分），將測(cè)區(qū)劃分為20×20個(gè)不規(guī)則的四邊形單元，共21×21個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4所示。
圖4 反演成像時(shí)測(cè)區(qū)的網(wǎng)格劃分結(jié)果
利用聯(lián)合迭代反演算法計(jì)算單元及節(jié)點(diǎn)上的彈性波聲速，使用MATLAB軟件編寫反演程序?qū)y(cè)區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演成像。區(qū)域C的反演成像結(jié)果如圖5所示。
圖5 區(qū)域C的反演成像結(jié)果
由圖5可知該測(cè)試剖面平均聲速為4237 m/s，混凝土內(nèi)部整體密實(shí)性完好，但存在部分低速區(qū)域（圖中線框所在區(qū)域），最低聲速為3167 m/s，疑似為不密實(shí)區(qū)域。后對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)鉆孔，鉆孔內(nèi)窺檢測(cè)結(jié)果如圖6所示，可見該區(qū)域混凝土確實(shí)存在不密實(shí)現(xiàn)象。
圖6 低聲速區(qū)鉆孔內(nèi)窺檢測(cè)結(jié)果
結(jié) 語
從工程實(shí)際出發(fā)，針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁0號(hào)塊內(nèi)部缺陷檢測(cè)過程中，傳統(tǒng)CT檢測(cè)方法無法解決的問題，提出了曲面彈性波CT檢測(cè)方法。利用聯(lián)合迭代算法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了反演成像處理并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，說明了該檢測(cè)方法結(jié)果直觀、可靠，具有指導(dǎo)意義。
作者：王安飛（南京交通運(yùn)營管理集團(tuán)有限公司 工程師，主要從事工程物探工作）
來源：《無損檢測(cè)》2022年1期
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