专利名称：后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法及装置，属于应用地球物理学超声检测技术领域，尤其涉及透射法混凝土结构体完整性声波检测技术。
背景技术：
预应力孔道压浆是将水泥浆注入预留的预应力混凝土孔道中，使水泥浆充分包裹预应力筋。这样可以保护预应力钢筋免遭锈蚀，保证预应力混凝土结构或构件的安全寿命； 使预应力钢筋与混凝土良好结合，保证预应力的有效传递，使预应力钢筋与混凝土协同工作，变形一致；消除预应力混凝土结构或构件在反复荷载作用下，由于应力变化对锚具造成的疲劳破坏，提高结构的可靠度和耐久性。因此有黏结预应力混凝土结构将是后张法预应力混凝土桥梁发展的主流。但是，后张法预应力混凝土梁中依然存在着一些问题，典型的病害是在弯曲管道顶点和底点及锚固区附近有空隙，这些空隙使预应力筋受不到保护而易于腐蚀，腐蚀的预应力筋导致桥梁承载力下降，甚至桥梁倒塌。因此有效检测预应力管道内混凝土的饱满度是保证桥梁安全的重要手段。
后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法的研究始于1992年Cornell大学的Nicholas J. Carino和Mary Sansalone利用冲击回波法进行的实验性研究[1]。2003 年美国佛罗里达州交通局联合佛罗里达大学的Μ. E. Rinker教授等试验了三种检测方法 冲击回波(IE)、超声波成像(UT)和表面波频谱成像法(SASW) [2]。一直到目前的近二十年时间里，国内外许多学者对后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测的冲击回波法进行了大量的理论和现场研究，取得了一些成果[3] - [5]。
冲击回波法是一种反射波检测方法，通过分析反射波的时间、幅度和频谱等参数来评价管道内的压浆饱满度。这种方法不仅工作效率低，更重要的是实际桥梁检测过程中， 管道材质、管道孔径和埋深、多管重合、梁内其余普通钢筋和混凝土等都会对检测结果产生影响，导致难以分析和判断。因此到目前仍未在实际检测中推广应用。
检索文献 lDetection of Voids in Grouted Ducts Using the Impact-EchoMethod. 原载杂志 “ACI Materials Journal ”，1992，89 (3) :296 202 ；作者=Nicholas J. Carino， Mary Sansalone.。 2Nondestructive Testing Methods To Detect Voids in BondedPost-Tensioned Ducts[R].原载 USA :Florida Department ofTransportation, 2003 Larry C. Muszynski, AbdolR. Chini, Elie G. Andary.。 3扫描式冲击回波法检测预应力管道灌浆质量的模型试验研究，原载杂志“公路交通技术”，2009，(1) :50 52，61;作者姚华，黄福伟，唐钰升。 4冲击回波法检测波纹管灌浆质量的研究及工程实践，原载杂志“混凝土”， 2010,5 134~ 137 ；作者王伟，水中和，王桂明，余睿。 5桥梁箱梁孔道灌浆质量检测中冲击回波法的应用，原载杂志“中南林业科技大学学报”，2010，30 (10) 78 82，作者周先雁，栾健，王智丰。
发明内容
本发明的目的是提出一种后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法及装置，通过这种方法和装置，可以实时快速、准确地检测预应力混凝土梁管道内的压浆饱满度。
本发明的技术方案本发明的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法采用弹性波信号作为测试信号，将弹性波激发装置和接收装置安装在目标体两端，具体步骤如下 1)将目标体确定为预应力锚索，在锚索两端安装弹性波激发装置和弹性波接收装置，测得声时，根据锚索长度计算锚索波速； 2)将目标体确定为预应力混凝土梁，梁两端同一高度和同一水平位置上安装弹性波激发装置和弹性波接收装置，测得声时，根据梁长计算混凝土波速，每片梁测一次； 3)将目标体确定为预应力混凝土梁的管道，在管道两端的锁具上安装弹性波激发装置和弹性波接收装置，测得声时，根据管道长和锁具厚度，计算管道固结体波速； 4)根据步骤1)、2)、3)测得的锚索平均波速Cb、待测梁体混凝土波速Cmj和待测管道固结体波速C⑶，按公式1计算待检管道压浆饱满度Dji
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式中^—第j片梁第i根管道压浆饱满度； Cb——相同材质和规格的锚索波速平均值(m/s)； Ctji——第j片梁第i根管道固结体波速值(m/s)； Cfflj——第j片梁体混凝土波速值(m/s)； α——梁体结构修正系数。
所述的步骤1)具体为测得预应力混凝土梁的透射波首波声时△、，量取梁长
Lmj，按公式2计算梁体混凝土波速Cm1，每根梁测试一次 式中Cmj——第j片梁的混凝土波速值，单位m/s ； Lfflj——第j片梁的长度，单位m ； Atfflj——第j片梁内的透射波旅行时间，单位s。
所述的步骤2)具体为测得锚索的透射波首波声时Atbi,量取锚索长度Lbi，根据公式3计算锚索的弹性波波速Cbi ；同材质同型号的锚索至少取三根测试波速，根据公式4 计算锚索平均波速Cb
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i-L .....................4 式中Cb——相同材质和规格的锚索波速平均值，单位m/s ； Cbi——相同材质和规格的第i根锚索波速值，单位m/s，且
权利要求
1.一种后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法，采用弹性波信号作为测试信号，将弹性波激发装置和接收装置安装在目标体两端，具体步骤如下1)将目标体确定为预应力锚索，在锚索两端安装弹性波激发装置和弹性波接收装置， 测得声时，根据锚索长度计算锚索波速；2)将目标体确定为预应力混凝土梁，梁两端同一高度和同一水平位置上安装弹性波激发装置和弹性波接收装置，测得声时，根据梁长计算混凝土波速，每片梁测一次；3)将目标体确定为预应力混凝土梁的管道，在管道两端的锁具上安装弹性波激发装置和弹性波接收装置，测得声时，根据管道长和锁具厚度，计算管道固结体波速；4)根据步骤1)>2),3)测得的锚索平均波速Cb、待测梁体混凝土波速Cmj和待测管道固结体波速C⑶，按公式1计算待检管道压浆饱满度Dji
式中Ai——第j片梁第i根管道压浆饱满度； Cb——相同材质和规格的锚索波速平均值(m/s)； Ctji——第j片梁第i根管道固结体波速值(m/s)； Cfflj——第j片梁体混凝土波速值(m/s)； α——梁体结构修正系数。
2.根据权利要求1所述的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法，其特征在于步骤1)具体为测得预应力混凝土梁的透射波首波声时Δ、，量取梁长Lnu.,按公式2计算梁体混凝土波速Cnu.,每根梁测试一次
式中Cmj——第j片梁的混凝土波速值，单位m/s ；Lfflj——第j片梁的长度，单位m;Atfflj——第j片梁内的透射波旅行时间，单位s。
3.根据权利要求1或2所述的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法，其特征在于步骤2)具体为测得锚索的透射波首波声时Atbi,量取锚索长度Lbi，根据公式3计算锚索的弹性波波速Cbi ；同材质同型号的锚索至少取三根测试波速，根据公式4计算锚索平均波速Cb
式中Cb—相同材质和规格的锚索波速平均值，单位m/s ；Cbi——相同材质和规格的第i根锚索波速值，单位m/s，且Cbi-Cb|/Cb≤ 5% ；Lbi——第i根锚索长度，单位m ；Atbi——第i根锚索内透射波旅行时间，单位s ；η——测试相同材质和规格的锚索数量，η≥3。
4.根据权利要求1或2所述的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法，其特征在于所述的步骤幻具体为将目标体确定为张拉压浆后的待检测混凝土梁的管道，测得管道固结体的透射波首波声时Δ t⑶，量取管道长L⑶和锁具厚度HWi，按公式5计算管道固结体波速Ctji。
式中工⑶——第j片梁第i根管道压浆体波速值，单位m/s ； Ltji——第j片梁第i根管道长度，单位m ； Attji——第j片梁第i根管道固结体内的透射波旅行时间，单位s ； Htji——第j片梁第i根管道两端锁具厚度，单位m。
5.根据权利要求1或2所述的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法，其特征在于梁体结构修正系数α采用标定法计算在现场取一片相同结构尚未注浆的后张法预应力混凝土梁，严格按规程制作成饱满度达100 %的压浆管道，测取梁体混凝土波速Cm，以该梁内与Cm差值最小的一个管道固结体波速作为Ct，按公式6计算梁体结构修正系数α
式中α——梁体结构修正系数； Cb——相同材质和规格的锚索波速平均值，单位m/s ； Cffl——饱满度达100%的梁体混凝土波速值，单位m/s ； Ct——饱满度达100%的管道固结体波速值，单位m/s。
6.根据权利要求1或2所述的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法，其特征在于梁体结构修正系数α采用统计法计算利用权利要求1中步骤1)测取锚索波速，步骤幻和幻测试完工地内所有相同结构的预应力梁体混凝土波速和压浆管道固结体波速，从测试完的所有梁体中找出梁体混凝土波速与该梁内管道压浆体波速差值最小的一根，将此管道压浆饱满度以100%计，将该梁体混凝土波速作为Cm，该管道固结体波速作为 Ct,按公式6计算梁体结构修正系数。
7.一种用于权利要求1 6之一所述方法的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测装置，包括现场主机、弹性波激发装置和弹性波接收装置，其特征在于弹性波激发装置和弹性波接收装置分别通过电缆与现场主机相连接；现场主机包括内置的数据采集处理模块、中央处理单元、电源模块、弹性波发射控制模块；弹性波发射控制模块与弹性波发射装置连接。
8.一种用于权利要求1 6之一所述方法的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测装置，包括现场主机、弹性波激发装置和弹性波接收装置，其特征在于弹性波激发装置和弹性波接收装置分别通过电缆与现场主机相连；现场主机包括内置的数据采集处理模块、中央处理单元、电源模块；
9.根据权利要求7所述的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测装置，其特征在于数据采集处理模块包括接口电路、同步电路、信号预处理电路和A/D转换模块，其中第一 I/O接口电路连接同步电路和系统总线，系统总线连接中央处理单元；同步电路一路输出端与弹性波发射控制模块的同步信号输入端连接，另一路输出端与A/D转换模块的同步信号输入端连接，控制发射弹性波和启动A/D转换模块进行信号采集；第二 I/O接口电路连接信号预处理电路和系统总线，信号预处理电路与弹性波接收装置连接，实现对接收信号的预处理。
10.根据权利要求8所述的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测装置，其特征在于弹性波激发装置采用带同步信号输出的激发装置，数据采集处理模块包括接口电路、 同步电路、信号预处理电路和A/D转换模块，其中第一 I/O接口电路连接同步电路和系统总线，系统总线连接中央处理单元；弹性波激发装置的同步信号输出端与同步电路连接，同步电路与第一 I/O接口电路连接，弹性波激发装置激发弹性波的同时，启动A/D转换模块进行信号采集；第二 I/O接口电路连接信号预处理电路和系统总线，信号预处理电路与弹性波接收装置连接，实现对接收信号进行预处理。
11.根据权利要求7或8或9或10所述的后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测装置，其特征在于弹性波激发装置采用电磁驱动的激发装置，弹性波激发装置的电源接口与电源模块的电源接口输出端连接，在弹性波发射控制器的控制下工作。
全文摘要
本发明公开一种后张法预应力混凝土梁管道压浆饱满度检测方法及装置，具体步骤如下1)将目标体确定为预应力锚索，在锚索两端安装弹性波激发装置和弹性波接收装置，测得声时，根据锚索长度计算锚索波速；2)将目标体确定为预应力混凝土梁，梁两端同一高度和同一水平位置上安装弹性波激发装置和弹性波接收装置，测得声时，根据梁长计算混凝土波速，每片梁测一次；3)将目标体确定为预应力混凝土梁的管道，在管道两端的锁具上安装弹性波激发装置和弹性波接收装置，测得声时，根据管道长和锁具厚度，计算管道固结体波速；4)根据步骤1)、2)、3)测得的锚索平均波速Cb、待测梁体混凝土波速Cmj和待测管道固结体波速Ctji，按下式计算待检管道压浆饱满度
文档编号G01N29/07GK102183584SQ20111003125
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者诸岧, 刘春生, 夏代林, 刘鎏, 孟红霞, 刘小娟, 刘峻江 申请人:上海隧道工程质量检测有限公司, 武汉长盛工程检测技术开发有限公司