一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置与红外检测方法

本发明涉及工程检测领域，尤其涉及一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置与红外检测方法。

背景技术：

1、钢管混凝土结构是发挥钢材和混凝土各自的受力特性组合起来的新型结构形式，具有承载力高、抗震性好、施工便捷等突出优势，在许多大跨度的拱桥设计中都得到广泛采用。由于材料特性、施工工艺、环境温差等因素，钢管混凝土结构易出现脱空病害问题。其中钢管与混凝土的脱空是一个普遍存在的现象，对结构的安全性产生显著影响。

2、目前，在实际的工程中脱空检测广泛采用的方法主要有人工敲击法、超声波法。随着多学科交叉融合发展，智能传感器技术也在检测应用中逐步完善。敲击法通过人工敲击钢管表面，根据音调与音高判断是否存在缺陷，具有主观误差；超声波法利用声波在不同介质中的传播差异，通过对比声速、振幅、波形等判断缺陷位置，但由于环境噪声及声波损耗等因素，该方法仍需要进一步的完善。

3、红外热成像技术是一种灵敏度高、图像直观、检测范围广、检测速度快、非接触式的检测技术。目前许多学者对红外脱空检测开展研究，主要针对钢板形态、脱空尺寸、激励方法等诸多因素开展试验性研究。其中，对于钢-混凝土结构的脱空的模拟与红外检测试验研究需要耗费很大的人力物力来满足多种试验工况。同时，钢-混凝土结构界面温度无法人为控制，很难有针对性的进行大量重复的试验。再者，人工智能处理热成像数据是目前研究的热点，但是人工智能红外热成像处理的训练需要大量的训练集，因此需要多工况下大量的红外检测图像作为人工智能训练的资料。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置与红外检测方法。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置，包括箱体、小型造浪泵、钢板、脱空模拟装置、智能温度控制装置、红外热像仪支架、红外检测装置、热通量记录仪、热通量传感器、温度记录仪、温度传感器、电源和图像处理及分析装置，所述的箱体水平放置于地面，上部为开口形式，箱体侧边开设有正方形开孔；箱体内部安装有两个小型造浪泵；钢板贴附于箱体开孔内侧，脱空模拟装置由自制泡沫板制作，固定在箱体内侧的钢板上；红外热像仪支架水平放置于地面；红外检测装置固定在红外热像仪支架上面，并分别与电源和图像处理及分析装置相连接；

3、在箱体内侧钢板上的脱空模拟区域和非脱空模拟区域分别贴上热通量传感器；热通量记录仪与热通量传感器连接；在箱体内侧钢板上的脱空模拟区域和非脱空模拟区域分别贴上温度传感器；温度传感器与温度记录仪连接；智能温度控制装置安置于箱体内部，并与电源相连接；图像处理及分析装置和红外检测装置均和电源相连接；红外检测装置和图像处理及分析装置通过数据线相连接。

4、可选的，所述的箱体采用定制的无盖立方体箱体。

5、可选的，所述的钢板采用定制的正方形钢板，钢板3的大小设置为与箱体1侧壁上开设的开孔大小一致。

6、可选的，所述的智能温度控制装置采用的是能够智能根据试验设计温度和温度梯度曲线升高和降低实际温度的组合装置。

7、可选的，所述的小型造浪泵吸附于箱体内侧，并与电源相连接。

8、可选的，所述的红外检测装置采用的是在线式红外热像仪。

9、可选的，所述的热通量记录仪为手持多路温度测试仪。

10、可选的，所述的温度记录仪为多路温度数据记录仪。

11、可选的，所述的图像处理及分析装置为市面常用的电脑并安装与红外热像仪配套的软件。

12、一种模拟钢-砼结构脱空实验的检测方法，该方法包括如下步骤：

13、步骤a：将钢板安装至箱体上，贴上脱空模拟装置；

14、步骤b：安装智能温度控制装置和小型造浪泵：

15、步骤c：将液体添加至箱体中，并对智能温度控制装置进行通电；

16、步骤d：架设红外检测装置，并进行调试和对焦，进行拍摄；

17、步骤e：智能温度控制装置根据设计温度梯度曲线，对箱体内液体温度进行升高或降低，使其模拟混凝土各种情况下界面的温度变化；

18、步骤f：通过图像处理分析装置得到红外热成像画面，提取温度数据。

19、本发明提供的一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置与红外检测方法，使用智能温度控制装置对箱体内的液体进行控制，使其去拟合试验的设计温度和设计温度梯度曲线，并使用红外热像仪对其进行实时检测；根据温度记录仪的实际温度，通过智能温度控制装置对实际温度进行升温和降温调整，使其与设计温度曲线保持一致，从而模拟混凝土各种情况下界面温度情况，通过红外检测装置和图像处理及分析装置得到大量的红外热成像数据，为红外热成像脱空检测相关试验和人工智能红外热成像处理的训练提供大量的试验条件和资料。

技术特征：

1.一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置，包括箱体(1)、小型造浪泵(2)、钢板(3)、脱空模拟装置(4)、智能温度控制装置(5)、红外热像仪支架(6)、红外检测装置(7)、热通量记录仪(8)、热通量传感器(9)、温度记录仪(10)、温度传感器(11)、电源(12)和图像处理及分析装置(13)，其特征在于：所述的箱体(1)水平放置于地面，上部为开口形式，箱体(1)侧边开设有正方形开孔；箱体(1)内部安装有两个小型造浪泵(2)；钢板(3)贴附于箱体(1)开孔内侧，脱空模拟装置(4)由自制泡沫板制作，固定在箱体(1)内侧的钢板(3)上；红外热像仪支架(6)水平放置于地面；红外检测装置(7)固定在红外热像仪支架(6)上面，并分别与电源(12)和图像处理及分析装置(13)相连接；

2.根据权利要求1所述的一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置，其特征在于：所述的箱体(1)采用定制的无盖立方体箱体(1)。

3.根据权利要求1所述的一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置，其特征在于：所述的钢板(3)采用定制的正方形钢板(3)，钢板(3)的大小设置为与箱体(1)侧壁上开设的开孔大小一致。

4.根据权利要求1所述的一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置，其特征在于：所述的智能温度控制装置(5)采用的是能够智能根据试验设计温度和温度梯度曲线升高或降低实际温度的组合装置。

5.根据权利要求1所述的一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置，其特征在于：所述的小型造浪泵(2)吸附于箱体(1)内侧，并与电源(12)相连接。

6.根据权利要求1所述的一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置，其特征在于：所述的红外检测装置(7)采用的是在线式红外热像仪。

7.根据权利要求1所述的一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置，其特征在于：所述热通量记录仪(8)为手持多路温度测试仪。

8.根据权利要求1所述的一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置，其特征在于：所述温度记录仪(10)为多路温度数据记录仪。

9.根据权利要求6所述的一种模拟钢-砼结构脱空的实验装置，其特征在于：所述的图像处理及分析装置(13)为市面常用的电脑并安装与红外热像仪配套的软件。

10.一种模拟钢-砼结构脱空实验的检测方法，包括使用权利要求1至9中任一项所述的红外热成像检测试验装置，其特征在于：该方法包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种模拟钢‑砼结构脱空的实验装置与红外检测方法，涉及工程检测技术领域，包括箱体、小型造浪泵、钢板、脱空模拟装置、智能温度控制装置、红外热像仪支架、红外检测装置、热通量记录仪、热通量传感器、温度记录仪。通过脱空模拟装置对各种几何尺寸的钢‑砼界面脱空缺陷进行模拟与布置；同时智能温度控制装置对箱体里的液体进行控制，调整实际温度进行升温和降温，使其与设计温度曲线保持一致，以此模拟混凝土各种情况下界面温度情况；同步使用红外热像仪进行实时检测、图像处理及数据分析，得到大量的红外热成像数据，为红外热成像脱空检测相关试验和人工智能红外热成像处理的训练提供大量的试验条件和资料。

技术研发人员：程崇晟,曾宪旺,周建庭,蔡昊男,杨俊,崔晓璐,王邵锐,黄博,向正松,杨如刚,孙立成,于志兵,唐中波,邓亨长,严成俊
受保护的技术使用者：重庆交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12