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声波无损检测混凝土柱不均匀套箍约束的方法

阅读:481发布:2022-03-03

专利汇可以提供声波无损检测混凝土柱不均匀套箍约束的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种 超 声波 无损检测 方 钢 管 混凝土 柱不均匀套箍约束 力 的方法。由于方钢管对核心混凝土的套箍约束力呈非均匀的“槽形”分布目前尚无试验方法能够准确量测这种不均匀约束力大小和沿截面的分布情况。因此,本方法基于 超声波 应力 测试技术,在柱中所需量测截面中心 位置 预埋一个超声波发射 传感器 发射超声波,在同一横截面的钢管外表面沿截面宽度方向布置多个超声波接收装置接收测试 信号 ,再根据接收到的声波声-应力敏感性参数与套箍约束力之间的关系,检测出方 钢管混凝土柱 受压时所需量测截面沿截面宽度的不均匀套箍约束力。本发明操作简单,测量结果直观,测试装置简单且无需损伤被量测构件,灵敏度高,可实现受力全过程中套箍约束力的实测。,下面是声波无损检测混凝土柱不均匀套箍约束的方法专利的具体信息内容。

1.一种声波无损检测混凝土柱不均匀套箍约束的方法,其特征在于:该方法以待测方钢管混凝土柱结构本身作为敏感元件,利用超声波发射传感器向所述待测方钢管混凝土柱结构发射超声波,多个沿截面宽度分布的超声波接收装置接收透过所述待测方钢管混凝土柱结构的声波测试信号,根据接收到的超声波声-应力敏感性参数与套箍约束力之间的关系,精确量测出所述待测方钢管混凝土柱结构受压时方钢管对核心混凝土的不均匀套箍约束力以及约束力沿截面宽度方向的分布;包括如下步骤:
(1)预埋超声波发射传感器,在核心混凝土浇筑前超声波发射传感器埋置于待测方钢管混凝土柱中所需量测截面的中心位置
(2)对待测方钢管混凝土柱进行受压试验,采用分级加载;在加载初期,每级加载为预估极限荷载的1/10,当钢管进入屈服阶段后,每级荷载为极限荷载的1/20,每级持荷时间为
2~3min,待压力机表盘指针稳定后进行超声测试;
(3)超声测试,通过超声耦合剂沿钢管截面宽度方向的部,B/6,B/3和B/2处均匀布置
4个超声波接收器,B为待测方钢管混凝土柱中方钢管截面宽度;待与待测方钢管混凝土柱中截面钢管外表面良好接触后,测试时超声波发射传感器向待测方钢管混凝土柱发射超声波,超声波接收装置接收透射穿过待测方钢管混凝土柱中的超声波,同时记录该透射的超声波对应的波束曲线;
(4)计算机分析处理超声波接收装置接收到的沿方钢管截面宽度方向的不同位置对应的超声波测试信号,利用小波对所接受的声波信号进行处理,利用公式(1)计算加权频域谱面积参数:
式中:Sj为第2j尺度下的小波分量的频域谱面积的变化幅度值;进而根据分析处理后的超声波声-应力敏感参数与应力的相关性测算出沿方钢管截面宽度方向的不均匀套箍约束力。
2.根据权利要求1所述的超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的方法,其特征在于:所述步骤(1)中超声波发射传感器预埋在所述待测方钢管混凝土柱结构核心混凝土柱中所需量测截面的中心位置,所述多个超声波接收装置布置在所述待测方钢管混凝土柱结构同一横截面钢管外表面沿截面宽度的不同位置。
3.根据权利要求1或2所述的超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的方法,其特征在于:所述步骤(3)中采用超声波穿透法检测,进行超声测试时将所述超声波接收装置通过超声耦合剂与方钢管外表面良好接触;在方钢管混凝土粘结状态良好的情况下,可避免超声波沿着方钢管壁绕射的情况。

说明书全文

声波无损检测混凝土柱不均匀套箍约束的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超声波无损检测的技术领域,特别涉及一种超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的方法。

背景技术

[0002] 钢管混凝土柱由于具有承载力高、抗震性能好、抗火性能优于钢结构和施工方便等优点,正被越来越广泛地应用于实际工程中。钢管混凝土柱的承载能力能够产生“1+1>2”的效果,一个重要原因是钢管对核心混凝土的套箍约束作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而提高了混凝土的抗压强度。因此,套箍约束力大小的确定对深入研究钢管混凝土柱的力学性能十分重要。
[0003] 目前,用于直接测定方钢管不均匀套箍约束力的方法有压力传感器法以及液压比拟法等。但是钢管混凝土中核心混凝土处于三向受压状态,压力传感器在复杂应力下受纵向压力和环向压力的影响,其灵敏度降低,此外在反复荷载作用后,其灵敏度也会有所降低,故很难在实际应用中推广;而液压比拟法实质是一种类比方法,其测试比较繁琐、读数不直观,精度不高。同时,钢管的套箍约束力存在于钢管与混凝土的界面上,普通应力应变的量测装置无法安装,且由于方钢管对核心混凝土的约束作用呈不均匀状态,因此在同一横截面上安装多个量测装置更加无法实现,而采用超声波的方式可以避免在界面接触位置布置量测元件,具有良好的应用前景。而目前尚未见将超声波检测技术用于直接量测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的相关报道。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的缺陷,本发明的目的是提供一种超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的方法。
[0005] 为实现上述目的,本发明提供的超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的方法,其特征在于:该方法以待测方钢管混凝土柱结构本身作为敏感元件,利用超声波发射传感器向所述待测方钢管混凝土柱结构发射超声波,多个沿截面宽度分布的超声波接收装置接收透过所述待测方钢管混凝土柱结构的声波测试信号,根据接收到的超声波声-应力敏感性参数与套箍约束力之间的关系,精确量测出所述待测方钢管混凝土柱结构受压时方钢管对核心混凝土的不均匀套箍约束力以及约束力沿截面宽度方向的分布;包括如下步骤:
[0006] (1)预埋超声波发射传感器,在核心混凝土浇筑前超声波发射传感器埋置于待测方钢管混凝土柱中所需量测截面的中心位置;
[0007] (2)对待测方钢管混凝土柱进行受压试验,采用分级加载;在加载初期,每级加载为预估极限荷载的1/10,当钢管进入屈服阶段后,每级荷载为极限荷载的1/20,每级持荷时间为2~3min,待压力机表盘指针稳定后进行超声测试;
[0008] (3)超声测试,通过超声耦合剂沿钢管截面宽度方向的部,B/6,B/3和B/2处均匀布置4个超声波接收器,B为待测方钢管混凝土柱中方钢管截面宽度;待与待测方钢管混凝土柱中截面钢管外表面良好接触后,测试时超声波发射传感器向待测方钢管混凝土柱发射超声波,超声波接收装置接收透射穿过待测方钢管混凝土柱中的超声波,同时记录该透射的超声波对应的波束曲线;
[0009] (4)计算机分析处理超声波接收装置接收到的沿方钢管截面宽度方向的不同位置对应的超声波测试信号,利用小波对所接受的声波信号进行处理,利用公式(1)计算加权频域谱面积参数:
[0010]
[0011] 式中:Sj为第2j尺度下的小波分量的频域谱面积的变化幅度值;进而根据分析处理后的超声波声-应力敏感参数与应力的相关性测算出沿方钢管截面宽度方向的不均匀套箍约束力。
[0012] 作为优选方案,所述步骤(1)中超声波发射传感器预埋在所述待测方钢管混凝土柱结构核心混凝土柱中所需量测截面的中心位置,所述多个超声波接收装置布置在所述待测方钢管混凝土柱结构同一横截面钢管外表面沿截面宽度的不同位置。
[0013] 进一步地,所述步骤(3)中采用超声波穿透法检测,进行超声测试时将所述超声波接收装置通过超声耦合剂与方钢管外表面良好接触;在方钢管混凝土粘结状态良好的情况下,可避免超声波沿着方钢管壁绕射的情况。
[0014] 本发明的工作原理如下:
[0015] 钢管混凝土受压时,套箍约束力限制核心混凝土内部微裂缝的发展,超声波透射过混凝土在微裂缝界面发生反射、折射和散射后导致能量衰减,根据各声波参数的变化能灵敏地反映钢管混凝土柱内部的应力状态。在方钢管混凝土柱轴心受压时,套箍约束力沿柱高度方向呈现显著的不均匀性,柱中截面最大,为最危险截面;而沿截面宽度方向套箍约束力呈“槽形”分布,截面角部最大,边中点处最小,因此沿截面宽度布置多个超声波接收装置接收声波测试信号可实现对方钢管混凝土中不均匀的套箍约束力的检测。
[0016] 该方法基于超声波应力测试技术,采用超声波穿透法,以方钢管混凝土柱本身作为敏感元件,利用超声波发射传感器向方钢管混凝土柱发射超声波,超声波接收装置接收透过方钢管混凝土柱的声波测试信号,根据接收到的超声波声-应力敏感性参数与套箍约束力之间的关系,精确检测出方钢管混凝土柱轴心受压时方钢管对核心混凝土沿截面宽度方向的不均匀套箍约束力。
[0017] 本发明的优点及有益效果如下:
[0018] 与现有技术相比,本发明的优点在于::本发明的检测方钢管混凝土柱套箍约束力的方法基于超声波应力测试技术构建声-应力敏感参数与钢管对核心混凝土的套箍约束力之间的关系,可以在不破坏构件的条件下,只需测试透射过方钢管混凝土柱的声波参数,即可直接检测出方钢管对核心混凝土的沿截面宽度方向的不均匀套箍约束力,以及约束作用沿截面宽度方向的分布和发展。该方法操作简单,测量结果直观,测试装置简单,无需损害构件,灵敏度高,可实现对方钢管混凝土柱受力全过程中不均匀套箍约束力的实测,为深入进行钢管混凝土柱的理论方面的研究提供可靠的实验基础;可实现在方钢管混凝土柱施工或服役过程中对不均匀套箍约束力实时检测,对结构的安全健康实现实时监测。附图说明
[0019] 图1为本发明超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力方法对应的检测结构横截面示意图;
[0020] 图2为本发明实施例提供的一种超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力方法对应的检测装置的结构示意图。
[0021] 图中:1、待测方钢管混凝土柱,2、超声波发射传感器,3、超声波接收装置,4、计算机。

具体实施方式

[0022] 下面将结合本发明的技术方案及附图说明本发明的具体实施方式。
[0023] 如图所示,本发明实施例提供了一种超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力方法对应的检测装置。该检测装置包括待测方钢管混凝土柱1、超声波发射传感器2、信号放大器装置、多个超声波接收装置3和计算机4。其中,该待测方钢管混凝土柱1优选为自密实混凝土浇筑成型,该超声波发射传感器2在核心混凝土浇筑前埋置于柱中所需量测截面的中心位置,该超声波接收装置3沿截面宽度方向紧贴于待测方钢管混凝土柱1中截面钢管外表面,优选地,该超声波发射传感器2与该超声波接收装置3为同步工作状态;进一步,该超声波接收装置3还连接有一计算机4,该计算机4用于对该超声波接收装置3接收到的沿截面宽度方向的不同位置对应的超声波测试信号进行分析处理,进而根据分析处理后的超声波声-应力敏感参数与应力的相关性测算出沿截面宽度方向的不均匀套箍约束力。
[0024] 具体而言,该方法包括如下步骤:
[0025] (1)预埋超声波发射传感器2,在核心混凝土浇筑前超声波发射传感器2埋置于柱中所需量测截面的中心位置;
[0026] (2)对待测方钢管混凝土柱1进行受压试验,采用分级加载。在加载初期,每级加载为预估极限荷载的1/10,当钢管进入屈服阶段后,每级荷载为极限荷载的1/20,每级持荷时间约2~3min,待压力机表盘指针稳定后进行超声测试;
[0027] (3)超声测试,通过超声耦合剂沿截面宽度方向的角部,B/6,B/3和B/2处布置4个超声波接收装置3,B为方钢管截面宽度。待与柱中截面钢管外表面良好接触。测试时超声波发射传感器2向待测方钢管混凝土柱1发射超声波,超声波接收装置3接收透射穿过方钢管混凝土柱1的超声波,同时记录该透射的超声波对应的波束曲线。
[0028] (4)利用小波对所接受的声波信号进行处理,利用公式(1)计算加权频域谱面积参数
[0029]
[0030] 式中:Sj为第2j尺度下的小波分量的频域谱面积的变化幅度值。对某一壁厚为2.8mm,边长为273mm,内填混凝土强度为C40的钢管混凝土柱进行试验。在加载到极限荷载,并超过极限后卸载到0.82Nu时过程中,测得的谱面积参数范围为1.115~1.346范围内。根据方钢管混凝土谱面积参数与套箍约束力的相关关系标定结果推算可知,B/2处的套箍约束力在0~0.7MPa,B/3处的套箍约束力在0~0.8MPa,B/6处的套箍约束力在0~2.4MPa,角部的套箍约束力在0~4.7MPa,整体分布呈“槽”形。该结果与有限元计算结果和相关理论分析结果比较,变化趋势完全吻合。
[0031] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改变形仍在本发明的保护范围以内。
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