一种基于超声相位特征的钢筋绝对应力检测方法

本发明涉及在役混凝土结构钢筋应力检测，尤其涉及一种基于超声相位特征的钢筋绝对应力检测方法。

背景技术：

1、近年来，我国建筑业蓬勃发展，基础设施建设大力推进。钢筋混凝土结构具有坚固、耐久、防火性好和成本低的优点，在各种工程结构中应用广泛。在钢筋混凝土结构中，钢筋常常布置在钢筋混凝土构件的受拉区，协助混凝土一起抵抗拉应力。钢筋从受载到断裂一般会经历弹性、屈服、强化与颈缩四个阶段。其内部应力在到达屈服点之后，会产生较大的塑性变形使得钢筋混凝土结构出现过大挠度与过宽裂缝而无法继续使用。在役钢筋混凝土结构受材料老化、装修改造等影响，存在构件损伤和应力重分布的现象，对整体建筑结构的安全造成不利影响。在役钢筋混凝土结构中钢筋的绝对应力是评价结构安全状态的重要参数，对结构的安全鉴定和评价有重要意义。

2、现有检测方法中的超声波频谱分析在识别材料厚度、缺陷、组织结构和粘结质量等方面取得了一定的进展，但基于超声波谱的应力识别的研究还比较少。万圣全等人在cn202321086618.5中公开了一种钢筋应力检测装置，实现了本钢筋应力检测装置在使用过程中能够同时对两组钢筋进行检测的目的。唐忠国等人在cn202211058075.6提出了一种基于自发漏磁时域信号的桥梁钢筋应力监测系统及方法。然而，上述方法存在只能测量钢筋应力的变化值，并且磁信号受钢筋磁性影响导致信号不稳定等问题。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于超声相位特征的钢筋绝对应力检测方法，其解决了现有技术只能测量钢筋应力的变化值以及信号不稳定的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本发明实施例提供一种基于超声相位特征的钢筋绝对应力检测方法，包括：

6、s1、制备复制试件，对所述复制试件所属的检测区域进行预处理，并借助于检测设备测量复制试件零应力下的超声横波回波初始相位值；

7、其中，所述复制试件与待测钢筋的材质、强度和公称直径相同；

8、所述复制试件为500mm；

9、s2、对所述复制试件进行梯度应力加载实验，测量复制试件在各应力下的超声横波回波相位值，同时进行线性拟合获取应力系数k；

10、s3、对待测钢筋所属的检测区域进行预处理，测量待测钢筋中的超声横波回波相位值并带入预定义的应力检测公式中，得到待测钢筋的绝对应力；

11、其中，所述预定义的应力检测公式是对所述复制试件进行梯度应力加载实验获取的。

12、可选地，所述s1包括：

13、对所述复制试件所属的检测区域表面进行打磨，得到具有金属光泽且表面平整的检测区域；

14、将作为检测设备的横波探头布置于复制试件所属的检测区域表面，并测量复制试件零应力下的超声横波回波时域信号。

15、可选地，所述s1包括：

16、对所述复制试件零应力下的超声横波回波时域信号进行傅里叶变换，将超声横波回波时域信号转换为频域信号，获取复制试件零应力下的超声横波回波相位谱图；

17、从所述复制试件零应力下的超声横波回波相位谱图中提取横波探头中心频率对应的相位值，获得复制试件零应力下的超声横波回波初始相位值。

18、可选地，所述s2包括：

19、利用作为检测设备的电液伺服万能试验机对复制试件逐级施加单轴张拉应力，同时测量复制试件在各应力下的超声横波回波相位值；

20、利用最小二乘法对复制试件在各应力下的超声横波回波相位值与逐级施加单轴张拉应力值进行线性拟合，得到的曲线斜率，即应力系数k；

21、其中，所述对复制试件逐级施加单轴张拉应力需重复进行3次，采集3次超声横波回波相位值，并取平均值。

22、可选地，所述对待测钢筋所属的检测区域进行预处理，包括：

23、清除覆盖于待测钢筋所属的检测区域的混凝土保护层，并对待测钢筋所属的检测区域表面进行打磨，得到具有金属光泽且表面平整的检测区域。

24、可选地，所述s3包括：

25、将作为检测设备的横波探头布置于待测钢筋所属的检测区域表面，测量待测钢筋中的超声横波回波相位值；

26、将所述待测钢筋中的超声横波回波相位值与复制试件零应力下的超声横波回波初始相位值带入预定义的应力检测公式中得到待测钢筋的绝对应力。

27、可选地，所述预定义的应力检测公式如下式所示：

28、

29、式中，k为应力系数；为待测钢筋超声横波回波相位值；为复制试件零应力状态下的超声横波初始相位值；σ为待测构件钢筋的绝对应力。

30、可选地，所述方法还包括：

31、预先搭建检测设备，所述检测设备包括：超声波发生器、横波探头、数字示波器、电液伺服万能试验机和电脑；

32、对所述检测设备中的超声波发生器进行设置，使超声横波激励信号的脉冲宽度与作为检测设备的横波探头的中心频率对应，获取脉冲宽度与中心频率的对应值。

33、可选地，所述脉冲宽度与中心频率的对应值如下式所示：

34、δt＝1/2f；

35、式中，δt为超声横波激励信号的脉冲宽度；f为横波探头的中心频率。

36、(三)有益效果

37、本发明的有益效果是：本发明的一种基于超声相位特征的钢筋绝对应力检测方法，由于基于钢筋绝对应力检测设备，可运用于在建的和已建成的钢筋混凝土结构建筑中钢筋的绝对应力检测，相对于现有技术而言，其可以解决现有技术只能获得钢筋应力的变化值或时域信号不稳定等技术问题，实现了钢筋绝对应力的高精度检测。本发明具有回波信号稳定，数据易于采集，检测设备经济便携，检测效率快等优点。

技术特征：

1.一种基于超声相位特征的钢筋绝对应力检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s1包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述s1包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s2包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对待测钢筋所属的检测区域进行预处理，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述s3包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定义的应力检测公式如下式所示：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述脉冲宽度与中心频率的对应值如下式所示：

技术总结
本发明涉及在役钢筋混凝土结构中钢筋应力检测技术领域，尤其涉及一种基于超声相位特征的钢筋绝对应力检测方法，包括：制备复制试件，对所述复制试件所属的检测区域进行预处理，并借助于检测设备测量复制试件零应力下的超声横波回波初始相位值；对所述复制试件进行梯度应力加载实验，测量复制试件在各应力下的超声横波回波相位值，同时进行线性拟合获取应力系数K；对待测钢筋所属的检测区域进行预处理，测量待测钢筋中的超声横波回波相位值并带入预定义的应力检测公式中，得到待测钢筋的绝对应力。上述方法简单快捷，容易实施，检测效率和精度较高，同时易于数据采集，且回波信号稳定。

技术研发人员：李祚华,龚云轩,卢畅,滕军
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17