一种钢管大尺度可再生混凝土空洞检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于应力场反演的空洞检测装置，尤其可以用来检测钢管大尺度可再生混凝土内部空洞状况的装置。

背景技术：

随着大量旧有建筑的不断拆除，越来越多的建筑垃圾急需处理，而建筑垃圾总量的一半为废弃混凝土，而钢管大尺度再生混凝土则是废弃混凝土再利用的重要途径。

在工程应用中，钢管大尺度可再生混凝土在浇筑过程中可能存在空洞，空洞会影响其结构的受力性能。目前针对大尺度混凝土构件的空洞检测方法主要为超声检测法。其中超声对测法通常用于钢管混凝土管壁脱空的检测，由于受到管壁折射与反射的影响无法进行内部空洞的检测。若采用超声波声测管检测法，通常需在钢管混凝土内部布置声测管，影响结构性能，且检测费时费力。

本实用新型是针对钢管大尺度可再生混凝土检测的需求，采用压电智能骨料作为检测手段。在此之前，专利ZL201210443143.0描述了一种用于混凝土结构的健康监测系统，该系统同样采用了压电智能骨料，其压电智能骨料发射的信号为100Hz-10kHz的扫频波与正弦波两种，比较的是结构健康与非健康状态的信号，是同一对的传感器不同时刻信号的比较，表征结构损伤演化过程。本实用新型则通过压电智能骨料低频激励在结构中产生局部振动（有效激励区域约1m），通过将有限元分析与监测应力场对比来反演混凝土中空洞的大小和位置。浇筑混凝土前，在模板内布置压电智能骨料传感器阵列，以形成网络式的空间检测区域。浇筑完成后，对压电智能骨料逐一低频（低于2kHz）驱动，则在混凝土中将生成类似动力的应力场，而混凝土中的空洞将影响该应力场的均匀性，通过有限元软件模拟出压电智能骨料在无空洞混凝土中激励时的应力场分布，再将两个应力场对比并修正模型，以此反演出混凝土中空洞大小和位置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种省时省力，并且能够较精确测出大尺度钢管混凝土构件内部空洞大小和位置的装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种钢管大尺度可再生混凝土空洞检测装置，包括：

设置在钢管大尺度可再生混凝土构件内部形成网络式空间检测区域的传感器阵列、任意波形函数发生器、功率放大器、数据采集仪、数据分析系统，所述传感器阵列包括驱动传感器、接收传感器，所述的任意波形函数发生器发射设定的波形函数，经功率放大器将发射信号放大后，传至驱动传感器，信号经钢管大尺度可再生混凝土介质后由接收传感器接收，接收后的信号响应由数据采集仪采集，最后传送至数据分析系统分析信号特征。

进一步地，所述的驱动传感器、接收传感器均采用压电智能骨料。

进一步地，所述传感器阵列的间距为200-400mm。

进一步地，所述的传感器阵列的各个传感器通过橡胶垫粘接在钢管大尺度可再生混凝土构件内的钢筋上，橡胶垫的作用在于减小钢筋对各个传感器振动的影响。

相比现有技术，本实用新型检测混凝土空洞省时省力，并且能够较精确测出大尺度混凝土构件内部空洞大小和位置，有助于钢管大尺度可再生混凝土结构形式的应用与推广。

附图说明

图1为本发明实施例的检测装置结构示意图。

图2为传感器布置阵列及应力场反演示意图，其中，

图2（a）为有限元软件模拟的无空洞力场分布示意图；

图2（b）为实测的应力场分布示意图；

图2（c）为有限元软件模拟的有空洞应力场分布示意图；

图2（d）为确定空洞大小和位置示意图。

图3接收传感器接收的信号波形图。

图4是本发明实施例的流程图。

图中：1—钢管大尺度可再生混凝土柱；2—驱动传感器；3—空洞；4—接收传感器；5—任意波形函数发生器；6—功率放大器；7—数据采集仪；8—数据分析系统；9—钢筋； 11—应力场等势线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的实用新型目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例

如图1所示，一种钢管大尺度可再生混凝土空洞检测装置，包括：

设置在钢管大尺度可再生混凝土构件内部(位于二维平面)形成网络式空间检测区域的传感器阵列、任意波形函数发生器5、功率放大器6、数据采集仪7、数据分析系统8，所述传感器阵列的间距为200-400mm，包括驱动传感器2、接收传感器4，所述的驱动传感器2、接收传感器4均采用压电智能骨料，所述的任意波形函数发生器5发射设定的波形函数，经功率放大器6将发射信号放大后，传至驱动传感器2，信号经钢管大尺度可再生混凝土介质后由接收传感器4接收，接收后的信号响应由数据采集仪7采集，最后传送至数据分析系统8分析信号特征。

在浇筑前，结合钢管大尺度可再生混凝土构件尺寸及易出现空洞位置，所述的传感器阵列的各个传感器通过橡胶垫粘接在钢管大尺度可再生混凝土构件内的钢筋9上。

如图4所示，采用所述装置的钢管大尺度可再生混凝土空洞检测方法，包括步骤：

1）在浇筑前，结合钢管大尺度可再生混凝土构件尺寸及易出现空洞位置，在其内部预先布置传感器阵列，形成网络式空间检测区域；

2)选择传感器阵列中任意传感器作为驱动传感器2，任意波形函数发生器5按预设的激励参数(包括激励频率、幅值等)产生的波形信号经功率放大器6放大后对该驱动传感器2进行单一频率驱动，在混凝土中将生成稳定类似静力的应力场，各接收传感器4在不同位置接收振动信号后，将振动信号经数据采集仪7采集并传送至数据分析系统8，接收到的振动信号波形如图3所示；

3)根据接收传感器4检测的信号的幅值大小，绘制出实测时的应力场分布；

4)将实测的应力场与模拟的应力场(见图2a)对比，找到实测应力场等势线明显密集的区域(见图2b)，找到空洞大致位置；

5)通过修正有限元模型，在模型中设置空洞，并调整空洞大小和位置，当模型调整后的应力场分布与实测的应力场分布大致相同时(见图2c)，即反演出空洞的具体大小和位置(见图2d)；

6)更换激励源，依次选择传感器阵列中的其它传感器作为驱动传感器2，其余传感器作为接收传感器4，重复步骤2)~步骤5)，提高检测方法的可靠性。

具体而言，所述的单一频率驱动的激励频率低于2kHz，幅值为3mV-5mV。

本检测方法的原理如下：

通过有限元软件模拟压电智能骨料在钢管大尺度可再生混凝土无空洞状态下激励时的应力场分布；再由传感器阵列检测的信号幅值，绘制出实测时的应力场分布；当混凝土结构中有空洞时，由于信号穿过空洞时幅值衰减加快，在空洞附近的应力场等势线11会变密集。利用所述原理，将实测的应力场分布与有限元软件模拟混凝土无空洞状态下应力场分布对比分析，找到某一位置，此处实测应力场等势线11明显比模拟应力场等势线11密集，则可推断此位置有空洞；再通过修正有限元模型，在模型中设置空洞，并调整空洞大小和位置，当模型调整后的应力场分布与实测的应力场分布大致相同时，可反演出空洞的具体大小和位置。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。