基于超声红外复合检测技术的混凝土结构火灾损伤快速检测评估鉴定系统的制作方法

本实用新型专利属于结构工程检测领域，名字叫做基于超声红外复合检测技术的凝土结构火灾损伤快速检测评估鉴定系统。

背景技术：
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火灾高温使混凝土材料性能严重退化，强度大大降低，影响混凝土结构的安全性和耐久性，如何对火灾后混凝土结构的进行快速检测，保障人们的生命财产安全有着重大的意义。因此，对火灾后混凝土结构损伤进行快速检测鉴定极为迫切。

现阶段，建筑工程中常用的混凝土结构损伤检测鉴定方法费时费力，无法及时反馈结果，存在二次倒塌的危险，给救援人员进行救灾带来不便。因此，很多研究学者开始研究快速无损检测鉴定方法。对于无损检测，他们研究的快速无损检测方法主要有超声波无损检测法、红外热成像检测法、回弹检测法、超声回弹综合检测法，而超声波无损检测法、红外热成像检测法在火灾后混凝土检测应用方面较为常见，都是简单快捷的无损检测方法。超声波无损检测法可以定点检测混凝土内部损伤，且内部损伤结果的检测精确度较高，但是火灾现场中的受损构件的面积较大，利用超声检测耗时耗力，检测效率很低。红外热成像检测法可以在火灾现场进行大面积扫描检测，但是通过检测得到的结果只是混凝土表面的受火温度，其受损深度却无法得知。关于鉴定，由于火灾现场检测得到数据较多，为了计算方便，需要把检测数据进行降维计算，而主成分分析法恰恰是能够把大量的数据进行降维计算的最简单的方法。

因此，利用红外热像技术可以对混凝土表面进行大面积扫描检测确定关键受损构件，结合超声波定点对混凝土内部进行精确检测，得到混凝土内部受损程度和受损深度，将红外超声检测技术的优势相结合，快速得到混凝土表面受火温度，运用主成分分析法进行数据处理，对混凝土结构的力学性能进行快速评估，建立一套全新的混凝土结构火灾损伤快速检测评估鉴定系统。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是：利用红外热像技术可以对混凝土表面进行大面积扫描检测确定关键受损构件，结合超声波定点对混凝土内部进行精确检测，得到混凝土内部受损程度和受损深度，将红外超声检测技术的优势相结合，快速得到混凝土表面受火温度，运用主成分分析法进行数据处理，对混凝土结构的力学性能进行快速评估，建立一套全新的混凝土结构火灾损伤快速检测评估鉴定系统，让鉴定结果成为后期工人进行结构加固修复中有效的参考依据。

本实用新型是通过以下方式实现的：

一套基于超声红外复合检测技术的凝土结构火灾损伤快速评估鉴定系统，主要是利用超声波可以定点对混凝土内部进行精确的检测的优势和红外热像技术可以对混凝土表面进行大面积扫描检测，快速得到混凝土表面受火温度和快速确定关键节点的优势相结合检测火灾后混凝土，利用主成分分析法进行安全鉴定。所述的火灾后混凝土无损检测鉴定系统主要是由超声波探伤仪、红外热成像仪、红外线加热源、微型计算机组成。所述的红外热成像仪和所述的红外线加热源不属于配套装置，可以任意搭配。所述的超声波探伤仪包含有导线和直径40mm的圆形单探头，同时所述的超声波探伤仪采用的检测探头频率为40kHz。所述的微型计算机包含混凝土受损深度和残余强度比的计算程序和风险评估程序。

所述的混凝土火灾损伤检测鉴定系统，其操作步骤如下：

首先把红外热成像仪放在远离混凝土受火表面1m的位置。利用红外加热灯照射混凝土表面，用红外热成像仪检测混凝土受火表面升温情况，记录升温3min内的温度变化，然后停止升温，再进行3min的降温的热像检测，计算出热像平均温升ΔT和表面温度Tc。

红外检测完成后，接着根据受火温度划分区域，确定关键点，利用超声波探伤仪进行探伤检测，先对划分区域的设定测点涂上耦合剂，再启动超声波探伤仪，然后对定点进行检测，记录受损区域的超声波穿透时间，记录多个地方的超声波声时并求出声时平均值t。

得到热像平均温升ΔT和超声波穿透时间t后，把数据输入至微型计算机里面，根据混凝土的设计配合比清单确定相应材料的常温波速值，通过微型计算机计算分析混凝土受损深度比u，最后计算混凝土受火后残余抗压强度的比值r。相关计算公式如下：

对于热像平均温升ΔT计算受火温度T：

ΔT＝T3-T0 (1)

T＝a1ΔT+a2 (2)

其中，a1和a2为常数项，T0为常温下的试件表面初始温度值，T3为第3分钟的试件表面温度值。

波速值va：

其中，va为混凝土中裂隙中空气的波速，Tc为经过加热冷却后混凝土表面的温度值。

混凝土的波速值vc：

vc＝a3q+a4T+a5 (4)

其中，vc为混凝土常温下的波速，q为混凝土的水胶比，T为混凝土的受火温度，a3、a4、a5为常数。

受损深度比u：

u＝at+b (5)

其中，

最终得到残余强度比r：

r＝ku^α+β (9)

其中，k、a、β为常数项。最后，利用主成分分析法进行安全风险评估。根据计算程序得到的混凝土构件的受损深度比、受火最高温度、残余强度比等数据结果，利用主成分分析法进行计算分析，得出风险评估结果。将计算结果输入风险评估程序当中，根据每一列的数据，风险评估程序中的主成分分析程序会自动求出每一项所有数据的均值和方差，然后把所有的数据标准化后算出协方差相关矩阵，包括协方差矩阵内的所有正数特征值λi和对应的归一化特征向量αi，所有正数特征值λi进行从大到小的排序并计算每一个特征值的贡献率ωi，得到评判公式F：

其中，

把所有的检测数据代入公式进行计算，得到最终的评估结果F与表1的评价指标进行对比，得到风险评估结论并输出。其评估指标如表1所示。

表1评估指标表

本实用新型有以下优点：超声波红外检测综合系统的检测效率和检测的精度大大提高，不仅拥有红外热成像检测系统中大面积检测混凝土，得到混凝土表面受火温度分布，确定混凝土结构受火关键点的优势，而且包含超声波检测系统中精确得到混凝土检测点内部损伤情况的优点。加上主成分分析法可以把大量数据进行降维计算分析，可以快速得到鉴定结果，并且该鉴定结果成为后期工人进行结构加固修复中有效的参考依据。

附图说明：

本实用新型图如下：

图1为本实用新型的操作流程框架图。

图2为红外热成像快速检测混凝土示意图。

图3为超声波无损检测混凝土示意图。

图中：

1——混凝土受火后试件；2——红外线加热源；3——红外热成像仪；4——超声波探伤仪；5——圆形直射探头；6——导线

具体实施方式：

为使本实用新型的技术方案、目的和优点更加清楚明了，下面结合混凝土试件分别在常温条件下和在800℃高温条件下实验的案例，对本实用新型作进一步的详细说明，本案例仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

首先把红外热成像仪放在远离混凝土表面的位置，以保证摄像仪能够拍摄完整的表面。利用红外加热灯照射混凝土表面，用红外热成像仪检测混凝土表面升温情况，记录升温3min内的温度数值，然后停止升温，再进行3min的降温的热像检测，计算出常温下热像平均温升ΔT＝1.2℃和高温下热像平均温升ΔT＝2.5℃。

红外检测完成后，接着划分受火温度区域，利用超声波探伤仪进行探伤检测，先对划分区域的设定测点涂上耦合剂，再启动超声波探伤仪，然后对定点进行检测，记录受损区域的超声波穿透时间，记录多个地方的超声波声时并求出声时平均值t，分别为24.4μs和52.5μs。

得到热像平均温升ΔT和超声波穿透时间t后，把数据输入至微型计算机里面，通过微型计算机计算分析混凝土受损深度la，最后计算混凝土受火后残余抗压强度的比值r。

最后，结合利用主成分分析法进行安全风险评估残余抗压强度的比值、混凝土受损深度la’和受火温度T来确定混凝土结构的安全性。根据计算程序得到的混凝土构件的受损深度值、受火最高温度、残余强度比这三组数据结果，利用主成分分析法进行计算分析，得到最终的评估结果F与表1的评价指标进行对比，得到风险评估结论并输出。经过计算，常温试件温度为22℃，受损深度比为0.003，残余抗压强度比值r为0.992，评估的最终结果为F＝-4.98。受火试件最高温度为802℃，受损深度比为0.913，残余抗压强度比值r为0.022，评估的最终结果为F＝4.67。结合表1指标，得到如下结论：当火灾现场出现上述第一种情况的时候，检测人员可以继续深入进行调查；出现上述第二种情况的时候，检测人员必须撤离现场。