一种混凝土预应力管道成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信息处理技术领域，具体涉及一种混凝±预应力管道成像方法。
【背景技术】
[0002] 混凝±桥梁预应力技术是指在混凝±结构承受作用荷载前，预先对受拉区域施加 压力来抵消或减小作用荷载所引起的拉应力，从而推迟或避免混凝±裂缝的出现和生长， 提高桥梁的刚度和抗裂性能。预应力技术已成为我国"十一五"规划及2020年中国±木工 程科学和技术发展桥梁建设目标中的重点推广技术。
[0003] 混凝±预应力管道注浆是预应力技术实施中的关键步骤，可保护预应力管道，避 免其镑蚀，保证预应力管道的安全寿命；保证预应力钢筋与混凝±良好结合，使预应力得到 有效传递；同时可控制超载时裂缝的间距和宽度，避免预应力钢筋销固端应力过分集中。另 外注浆还可消除预应力混凝±构件在反复荷载作用下，由于应力变化对销具造成的疲劳破 坏，提高结构的可靠度和耐久性。所W，管道注浆质量的优劣是预应力钢绞线在桥梁使用过 程中确保长期提供预应力的重要影响因素之一。若混凝±预应力管道注浆过程中管道注浆 不密实将会降低预应力管道结构设施的耐久性从而影响其运营的安全性，国内外已出现多 起因预应力管道注浆不密实引起的桥梁跨塌事故。因此，对预应力管道在混凝±中成像分 析，进行预应力管道的准确定位和检测对桥梁建设和现有桥梁安全性检测具有重要指导意 义。
[0004] 目前，检测桥梁预应力管道注浆密实度的方法主要有钻芯法、雷达法、红外法、射 线法和应力波检测法。钻芯检测是最早使用的传统技术，属于局部破损检测方法，只能按规 定的比例进行检测。该方法是最为直观有效的检测方法，但该方法工作量大，效率低，费用 高，且会对预应力钢束造成损坏，多用于无损害检测中发现异常时的验证性检测。雷达法是 利用高频电磁波W宽频带短脉冲形式，由结构物表面通过发射天线定向传入地下，经过存 在电性差异的混凝±反射后返回表面被接收天线接收，通过所接受的雷达图像的不同分析 混凝±的缺陷。但由于金属材料的强诱电性使得雷达法在密集钢筋混凝±结构中无法进行 测试。红外法和射线法利用射线的穿透性和直线性，在桥梁的两端分别发信和受信，检测像 片中感光的浓淡程度完成测试孔道的灌浆密实度。但此类设备复杂、鹿大，测试费用高，放 射性强，危险性大，使其应用受到了限制。应力波检测法包括超声波检测法和冲击回波检测 法。混凝±预应力梁中的管道结构体系是由水泥浆、孔隙、预应力钢筋和波纹管等组成的多 相复合体系，对高频的超声波信号衰减和干扰比较大，限制了超声波检测法的应用。冲击回 波法是一种基于应力波回波信号频谱分析的无损检测法，其原理是利用冲击产生应力波， 在激发点附近接收回波信号并将信号通过快速傅里叶变换转换至频域中，通过分析主频大 小评定结构内部缺陷情况。而预应力管道结构为多相的凝聚体和具有弹、粘、塑性的非均质 材料，应力波在该种复杂体系中的传播和效应使得回波信号极为复杂，并且，传统快速傅里 叶变换中回波信号的采集长度和采样率对主频提取与频率分辨率有较大的影响。由此，复 杂的回波信号与不同的信号采集参数影响了传统快速傅里叶变换分析用于冲击回波法在 管道注浆质量检测的准确评定，对于该种复杂的信号需要一种新的简单、准确的分析方法 和成像方式。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的缺陷，提供一种简单、准确、适应性强的混凝±预应力管道 成像方法，为达到W上目的，本发明采用的技术方案是：一种混凝±预应力管道成像方法， 包括如下步骤：
[0006] (1)建立有限元模型：获取混凝±、混凝±中管道各自的材料属性，包括弹性模量 E、密度P和泊松比U，基于上述参数，建立包含管道与不包含管道的混凝±有限元模型；
[0007] (2)激发应力波并获取应力波回波信号：对包含管道有限元模型，在混凝±外壁 对应管道中也位置A处施加脉冲载荷，激发应力波，在混凝±表面获取与A同间距，上下位 置B、C，……，Bn_i、Cn_i，B。、C。系列对应点的应力波回波阵列信号；对不包含管道有限元模 型，在与包含管道有限元模型的同一位置a处，施加脉冲载荷，激发应力波，在混凝±表面 与包含管道有限元模型相同位置b、C，……，Ivi、(VI，b。、C。系列对应点处获取应力波回波 阵列信号；其中，n> 2,；所述脉冲载荷为半正弦力，其接触时间为50US，幅值为100N;
[000引 做归一化处理对步骤似中不同位置处接收的应力波回波信号除W各应力波 回波信号幅值的最大值，获得两种有限元模型的应力波回波阵列信号各自的归一化处理数 据；
[0009] (4)获得差值阵列信号；将步骤（3)中进行归一化后的两种有限元模型的应力波 回波阵列信号进行差值处理，并对差值取绝对值，得到差值阵列信号；
[0010] 妨信号放大处理：取步骤（4)中获得的差值阵列信号，进行幕次方，使信号幅值 增大m次方倍，获得差值阵列信号放大数据，其中m> 2 ;
[0011] 做图像堆积显示：步骤妨中放大后的差值阵列信号中时间列为X方向排列，Y 方向为位置列，将差值阵列信号的幅值与色码表对应，用颜色的变化表示差值阵列信号的 幅值大小，实现信号的图像堆积显示。
[0012] 具体的，步骤（2)中，获取应力波回波阵列信号时，两个相邻接收信号位置的间距 为1畑1，采样间隔为lus，采样时间为Imso
[0013] 具体的，步骤（4)中，差值阵列信号是包含管道与不包含管道在相同接收位置处 归一化后的应力波回波信号进行相减，并将相减后的数值取绝对值。
[0014] 作为优选方案，步骤巧）中取差值阵列信号的平方，使信号的幅值增加2次方倍。
[0015] 具体的，步骤化）中，图像堆积的方法为：差值阵列信号中时间列为X方向排列， Y方向为位置列，将差值阵列信号的幅值与色码表对应，用颜色的变化表示差值阵列信号的 幅值大小。
[0016] 应力波在混凝±中传播时，会在混凝±外部界面和混凝±内部存在波阻抗差异处 发生反射。当混凝±中存在管道时，应力波会在管道界面处发生反射，反射的应力波即应力 波回波可W由与混凝±表面接触的压电传感器接收并由专用仪器保存应力波回波数据。与 混凝±外部界面相比，管道处产生的应力波回波比较弱，W致难W直接通过应力波回波阵 列信号对管道进行成像。根据线弹性理论，应力波符合叠加原理，即包含管道的混凝±应力 波回波信号可W由不包含管道的混凝±应力波回波信号与管道应力波回波信号相加获取， 所w将包含管道的混凝±应力波回波信号与不包含管道的混凝±应力波回波信号相减就 可W得到管道的应力波回波信号。因此根据该一原理，本发明通过接收同一激发点，相邻 接收间距，不同接收位置的阵列回波信号，对归一化后信号取差值，再对差值阵列信号进行 幕次方放大处理，将放大后的数值信号与色码表对应，进行可视化处理，形成形象具体的图 像，为混凝±预应力管道的检测提供支持。本发明操作简单、处理效率高、准确性强、图像分 辨率高，为桥梁预应力管道成像和预应力管道注浆质量的评价提供有力支撑。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明所提供的一种混凝±预应力管道成像方法的流程图；
[0018] 图2a示出了本发明方法中的包含管道有限元模型；
[0019] 图化示出了本发明方法中的不包含管道有限元模型；
[0020] 图3是本发明方法中通过模拟计算得到应力波回波信号的流程图；
[0021] 图4a示出了n= 5时包含管道的应力波回波阵列信号波形图；
[0022] 图4b示出了n= 5时不包含管道的应力波回波阵列信号波形图；
[0023] 图5a示出了采用本发明方法处理后的管道应力波回波成像结果；
[0024] 图化示出了传统应力波回波成像结果。
[00巧]其中图中各标记的含义为；1-混凝±模型；2-混凝±中管道模型；A-包含管道有 限元模型中，脉冲载荷施加点；B-包含管道有限元模型中，距脉冲载荷施加点A距离为1cm 处应力波回波信号接收点；B"_i-包含管道有限元模型中，距脉冲载荷施加点A距离为n-lcm 处应力波回波信号接收点；B。-包含管道有限元模型中，距脉冲载荷施加点A距离为ncm处 应