钢管混凝土无损检测技术研究

　　钢管混凝土是将预制好的钢管内灌注水泥混凝土而形成的一种承重构件,具有承载高、塑性和韧性好、施工方便、耐火性能好和经济高效等优点;因而正被越来越广泛地应用于工业厂房、高层建筑、拱桥和地下结构等,并已取得良好的经济效益和建筑效益,是结构工程科学的一个重要发展方向。钢管混凝土构件受混凝土材料自身特性和泵送施工工艺等影响,常出现钢管混凝土界面脱空、孔洞等缺陷,直接影响结构的质量,存在安全隐患,故对钢管混凝土构件的质量检测不容忽视[1-2]。

　　目前,对钢管混凝土的检测与评价尚无很好的办法。常采用局部开孔洞检查和人工敲击判断的方法进行。显然,若开孔小、测点少,则很难准确检测构件;而开孔大、测点多又将对承重结构造成损伤。目前国内的主要无损检测方法是超声波法,但检测精度不高,无法准确评价损伤程度;同时对钢管混凝土缺陷的种类也无法区分:如混凝土的脱层和空洞缺陷,在检测中只是表现为波速的偏低,而对构件而言,不同缺陷的影响是不同的(空洞缺陷的隐患更为严重)[3-5]。

　　1　超声波检测及试验研究

　　1.1　超声波检测

　　采用超声波检测钢管混凝土质量的主要方法有首波声时法、波形识别法和首波频率法。

　　1.1.1　首波声时法

　　超声波在钢管混凝土中的传播途径有多种情况,而接收探头并不能识别接收到的超声波首波是否携带混凝土质量信息。如果接收到的超声波首波没有在混凝土中传播,则检测的信号不能准确地判断钢管混凝土质量。因此,首波是否在混凝土中传播是超声波检测钢管混凝土质量的决定条件。以下分析了利用首波声时法来判别常见缺陷的有关原理及方法。首先考虑超声波在钢管混凝土中可能的传播路径下的超声波声时比较。若混凝土与钢管粘结良好、混凝土密实(图1(a)所示),超声波沿直径方向传播的声时为:

　　式中　D—钢管的外直径

　　t—钢管壁厚

　　VC—混凝土波速

　　VS—钢管壁波速

　　钢管厚度相对直径可忽略时,则可简化为: 

        当b1<1时(即T1<T2),表明超声波首波是沿钢管混凝土的直径方向传播,仪器接受到的首波声时为T1,由此可以判定  混凝土与钢管内壁之间无脱空现象,且混凝土波速大于3584 m/s(VC> 0.64VS,取VS= 5600 m/s) ,可由式(1)计算出VC来判别钢管混凝土质量。

　　当b1> 1时(即T1>T2),表明钢管直径方向的混凝土质量可能存在缺陷(VC< 0.64VS)。由经验可知工程中声速一般在3800 m/s以上,故可以据此来检测钢管混凝土质量。