一种预应力通道注浆密实度检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信息处理技术领域，特别是涉及预应力通道注浆密实度检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着城市化进程的加快，大型建筑物作为衡量城市经济实力的重要指标之一，使 预应力技术成为城建不可或缺的一项重要技术。预应力技术是在大型建筑物建设时，为了 改善结构服役表现，在施工期间给结构预先施加的压应力，结构服役期间预加压应力可全 部或部分抵消荷载导致的拉应力，避免结构破坏。在工程结构构件承受外荷载之前，对受拉 模块中的钢筋，施加预压应力，提高构件的刚度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性。 对于机械结构来看，其含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少振 动和弹性变形这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度，使原本的抗性更强。
[0003] 在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力，以改善 结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构，常用于混凝土结构，是在混凝土结构承受 荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以 抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较 晚。而预应力混凝土结构的优势是建立在预应力钢筋与混凝土（砼）黏结完整的基础上，凭 借其良好的受力特性和抗拉性能得到广泛应用，特别是在大跨度或重荷载结构，以及不允 许开裂的结构中，预应力技术也日臻完善。现有技术中桥梁的预应力通道（预应力管道或 预应力孔道）多为波纹管，其压浆密实性好坏对桥梁的耐久性具有重要影响，据统计，由于 压浆不密实导致预应力管道内钢绞线锈蚀，预应力提前丧失，可造成桥梁实际寿命缩短至 设计寿命的十分之一。因此混凝土结构中通道注浆效果的好坏直接影响整个预应力混凝土 结构的安全性和使用寿命，而预应力通道注浆效果主要是靠注浆质量密实度来评价的。理 论上，按照注浆工艺及质量控制措施，已经能较好地保证注浆的密实度，但因通道堵塞、注 浆材料、注浆方法不当或人为疏忽等原因容易引起通道注浆质量缺陷，即注浆不密实。当通 道注浆质量存在严重问题时，会使建筑物在使用过程中发生质量安全事故。因此，对预应 力通道注浆质量进行检测是非常有必要的。
[0004] 目前，传统的检测预应力通道注浆密实度（即检测通道中的注浆质量缺陷所在） 的方法主要有钻芯法、射线法、红外法、雷达法和应力波检测法。钻芯法多为破坏性检测而 不是验证性检测，射线法和红外法又因为设备的复杂和危害性限制其使用，雷达法也由于 密集钢筋干扰限制其使用。而应力波检测法主要有超声波法和冲击回波法，由于混凝土预 应力结构中的通道结构是由水泥浆、孔隙、预应力钢筋和波纹管组成的复合体系，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使用；冲击回波法是一种基于应力 波的无损检测法，其原理是利用冲击产生应力波，该应力波会在结构中传播从而被内部缺 陷和外部表面反射，来回反射的应力波会形成一种特殊模态，在激发点附近接收回波信号。 冲击回波法因其检测方式简单而被广泛应用。预应力通道结构为多相的凝聚体和具有黏、 弹、塑性的非均质材料，应力波在这种复杂体系中的传播和效应使得回波信号极为复杂，对 于这种复杂的非平稳信号需要采用一种新的简单与准确的分析方法。
[0005] 传统的信号分析有两种方法：一种是将信号描述成时间的函数；另一种是将信号 描述成频率的函数，这两种方法都是传统的信号处理理论模式。由于传统信号处理方法把 实际模型理想化，忽略了实际模型中的非平稳因素，从而使传统处理方法不能分析和处理 非平稳信号，无法满足现代技术发展的需要。
[0006] 为了分析和处理非平稳信号，人们提出并发展了一系列新的信号分析理论：短时 傅里叶变换、傅里叶频谱分析、Wigner-Ville分布、小波变换等。但有研宄表明，短时傅里 叶变换的一个主要缺点是时域和频域的采样间隔都是常数，即这种窗口大小和形态与频率 无关，是固定不变的，不能使变换窗口随频率而变化；在处理实际问题，应当使时域的采样 间隔随着频率的增大而减小，同时短时傅里叶变换不管如何离散均不能使它成为一组正交 基。傅里叶频谱分析提供了一种对信号频谱分布的描述方法，几乎用于所有类型的信号分 析；然而，实践证明，傅里叶频谱分析并非对所有类型信号的分析都有效，在对信号进行傅 里叶频谱分析时，除了平稳性条件，还要求信号满足线性条件：事实上，实际应用中需要分 析的大多数信号都是非平稳的，大都表现为有限长、非线性或者非平稳，其统计量是一个随 时间变化的函数，对信号进行单一时域或频域分析远远不能满足实际信号处理的需要，我 们最希望得到的是信号频谱随时间的变化情况，这就严重限制了傅里叶频谱分析在实际应 用中的普遍性，更重要的是，由于非平稳信号的统计特性与时间有关，所以对非平稳信号的 处理必须同时在时域和频域进行分析，而傅里叶频谱分析无法同时保留时间、频率和能量 三种信息。Wigner-Ville分布存在交叉项干扰，这种交叉项的存在会严重降低它的时频表 示的可读性，从而影响信号分析的精度。小波变换是一种多分辨率分析方法，它能获得成功 的两个最重要原因是其拥有塔形快速算法和良好的时频局域特性，缺点是一旦母小波选择 不好，应用效果会大受影响。
[0007] 现有技术中，已有的测量预应力通道注浆密实度方法能识别出待测管道是否有 缺陷，其局限性在于只能识别出注浆密实度是否在85%以上，又由于我们对预应力通道注 浆密实度的要求随各建筑工程的具体情况而定，例如：水工岩锚梁锚杆注浆密实度不低于 70%，修建边坡时要求其锚杆的注浆密实度不低于75%，公路砂浆锚杆的注浆密实度不低 于80% ;且现有技术只能测量直径或孔径为10cm以上的通道，所以若需要检测直径或孔径 小于10cm的通道时，往往不能通过现有技术检测出来，或其测量结果并不准确。
[0008] 由于上述信号分析理论方法存在的诸多缺陷，且其对预应力通道注浆密实度的检 测效果中并不如想象中的好，所以研宄一种检测精度更高的预应力通道注浆密实度的方法 是势在必行的。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种简单有效的预应力通道 注浆密实度检测方法，该方法能对预应力通道注浆密实度进行较精密的检测，从而确定其 安全性，降低事故的发生率。
[0010] 为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0011] 一种预应力通道注浆密实度检测方法，包括如下步骤：
[0012] 步骤a)在待测通道外激发应力波，获得应力波检测信号；
[0013] 步骤b)将步骤a所得应力波检测信号进行分析处理；
[0014] 步骤c)对应力波检测信号进行分数阶傅里叶变换，对结果进行分析。
[0015] 优选地，步骤a之前还包括步骤a0,其具体操作为：建立有限元模型，对有限元模 型外激发的应力波检测信号进行分析处理后再进行分数阶傅里叶变换，结果留待备用。
[0016] 优选地，步骤a的具体操作为：选取桥梁的待检测位置，在待检测位置处激发应力 波，获得应力波检测信号。
[0017] 优选地，步骤b的具体操作为：利用MATLAB对应力波检测信号进行二维搜索，由此 得到应力波检测信号的分数阶傅里叶变换的三维图，三维图的幅度值即为分数阶傅里叶变 换值，横轴为P ;更优选地，设三维图中幅度的最高峰值点对应的P值为最优P值。
[0018] 优选地，步骤c的具体操作为：设p值为分数阶傅里叶变换的变换阶次，在MATLAB 里对应力波检测信号进行P阶分数阶傅里叶变换，得到分数阶幅度谱后进行分析，判断通 道内是否有缺陷及缺陷的大概范围。
[0019] 优选地，对应力波检测信号进行分数阶傅里叶变换的公式为：
[0020]
【主权项】
1. 一种预应力通道注浆密实度检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤a)在待测通道外激发应力波，获得应力波检测信号； 步骤b)将步骤a所得应力波检测信号进行分析处理； 步骤c)对应力波检测信号进行分数阶傅里叶变换，对结果进行分析。
2. 根据权利要求1所述的预应力通道注浆密实度检测方法，其特征在于，步骤a之前还 包括步骤aO,其具体操作为：建立有限元模型，对有限元模型外激发的应力波检测信号进 行分析处理后再进行分数阶傅里叶变换，结果留待备用。
3. 根据权利要求1所述的预应力通道注浆密实度检测方法，其特征在于，步骤a的具体 操作为：选取桥梁的待检测位置，在待检测位置处激发应力波，获得应力波检测信号。
4. 根据权利要求1所述的预应力通道注浆密实度检测方法，其特征在于，步骤b的具体 操作为：利用MATLAB对应力波检测信号进行二维搜索，由此得到应力波检测信号的分数阶 傅里叶变换的三维图，三维图的幅度值即为分数阶傅里叶变换值，横轴为P。
5. 根据权利要求4所述的预应力通道注浆密实度检测方法，其特征在于，步骤c的具体 操作为：设P值为分数阶傅里叶变换的变换阶次，在MATLAB里对应力波检测信号进行p阶 分数阶傅里叶变换，得到分数阶幅度谱后进行分析，判断通道内是否有缺陷及缺陷的大概 范围。
6. 根据权利要求1所述的预应力通道注浆密实度检测方法，其特征在于，对应力波检 测信号进行分数阶傅里叶变换的公式为：
其中，x(t)表示应力波检测信号，即应力波的波速随时间变化的值，并定义Xp(u)为步 骤a所得应力波检测信号的p阶分数阶傅里叶变换的分数阶幅度，Kp(u，t)为p阶分数阶 傅里叶变换的核函数，dt为单位时间。
7. 根据权利要求6所述的预应力通道注浆密实度检测方法，其特征在于，核函数 Kp(u，t)的计算公式为：
其中，8 (u+t)，8 (u-t)为坐标平移公式，n为整数，a=pJT/2,p为分数阶傅里叶变 换的变换阶次，u为分数阶域。
【专利摘要】本发明公开了一种预应力通道注浆密实度检测方法，步骤为：在待测通道外激发应力波，获得应力波检测信号；将所得应力波检测信号进行分析处理；再对应力波检测信号进行分数阶傅里叶变换，对结果进行分析。相对现有技术来说，本发明在清晰识别出缺陷位置的基础上还可实现对预应力通道注浆密实度进行较精密的检测，从而确定其安全性，降低事故的发生率，且流程简单、方法统一，无需因为待测桥梁的各通道注浆密实度差别太大而更换检测方法，具有很大的市场价值。
【IPC分类】G06F19-00, G01N29-44, G01N29-04
【公开号】CN104573357
【申请号】CN201410843459
【发明人】龙士国, 高凌芳, 邓志举, 李印, 李婷, 梁宝
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日