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声波散射成像技能在风电根底混凝土质量检测中的运用

来源:优游ub8     发布日期:2023-02-16 10:19:22

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  图1滤波前后的波形比照图2单点激起和相控阵激起效果比照图3单炮与相控阵记载效果比较图4混凝土波速扫描效果图6风电塔根底检测测线混凝土声波散射成像主机与震源枪什物图8台柱声波散射偏移图画图9声波散射三维成像效果图10取芯验证现场

  伴随着我国基建工程规划的日益扩展,大体积混凝土构筑物已遍及运用于土木工程范畴,如水利中的坝体、风机等大型设备根底、大跨度桥梁根底、大型沉管等。但这些大体积混凝土的相关研讨更多停留在资料、施工、裂缝剖析等阶段,针对其质量与健康状况的无损检测办法的研讨甚少。现行检测手法更多停留在观调查、温度监控以及试块检测上,外表裂缝剖析、钻孔取芯等外表检测与抽样检测技能并不能全面、深化地点评其质量。何况现有的惯例无损检测技能,如回弹、超声、雷达、冲击回波等具有勘探深度较浅,不习惯大体积混凝土内部钢筋网密布等缺点,不能满足无损检测的实践要求。即滞后的检测技能与大体积混凝土的无损检测需求不匹配。

  声波CT(ComputerizedTomography,层析成像)技能作为大体积混凝土的检测办法在交通和水利职业已经有老练的运用,如对高铁桥墩大体积混凝土的质量检测,陕西宝汉高速的预制梁混凝土内部结构质量检测等。虽声波CT技能在大体积混凝土无损检测范畴值得推行,但其也有如下的局限性:安置在同一个可测面上进行外表CT时,勘探深度较浅,依据高斯射线cm)范围内的混凝土质量;安置在两个可测面上进行截面CT时,勘探深度与击震源有关,勘探深度较深,但如风电根底等许多大体积混凝土构件仅1个可测面,并不能选用截面CT。声波散射成像技能归于地震勘探办法,在岩土工程与资源勘探范畴运用广泛,其恰恰可在1个可测面上进行检测。但只是选用声波散射技能是达不到混凝土无损检测精度要求的,还需要进步震源激起的弹性波频率,并采纳消除拉姆波的办法以及运用数学相控阵技能,来增强声波散射成像技能分辨率。

  声波散射法是在地震反射根底上发展起来的新技能。其以非均匀地质模型为根底,运用地震散射波对地质界面和介质波速进行成像,完成对地质结构精密勘查的意图。勘探时首要向地下发射地震波,当地震波入射到非均匀介质内部时,因为两个界面的波阻抗存在差异而发生散射波,差异起伏越大和反常体的体积越大,散射波越强。经过接纳到的散射波走时、幅值,可对反常体的方位、形状以及波速巨细进行精密成像。声波散射勘探选用小摆放收集办法,经过密布发射与密布接纳,完成高分辨率的特质。

  偏移图画是反响介质物理力学特性最直观的效果,是检测解说的首要依据。大体积混凝土构件中,混凝土可看做是均匀介质,施工冷缝等病害会在其间构成散射界面,这是声波散射勘探的物理根底。

  大体积混凝土无损检测面对许多难题。首要,混凝土是由水泥、骨料、砂、钢筋构成的凝集体,是一种非均匀的结构物,非均匀的标准由骨料巨细决议。

  非均匀体的散射特性会影响检测分辨率和波的传达间隔(勘探深度)。运用弹性波与电磁波勘探混凝土时,依据瑞利散射与米散射理论,假如运用的波长小于骨料标准时,波的能量绝大部分会被逆散射回来,很难透射入混凝体中。因此若勘探混凝土内部结构,运用的波长有必要超越骨料标准的10倍,分辨率也与波长适当。关于1cm标准骨料的混凝土,散射法勘探时,震源激振的波最佳频率在10kHz20kHz。

  别的,大体积混凝土结构一般存在多个外表,检测中存在拉姆波搅扰,能否有效地消除拉姆波的影响,是散射成像胜败的关键技能之一。

  因为混凝土的散射和几许涣散的激烈衰减,混凝土的检测不能依托单点激起办法得到满足效果,而一般选用相控阵震源技能进步信噪比和分辨率。物理相控阵频率高、能量小,但其性价比较低以及设备体积过大,故不适合大体积混凝土的无损检测。数学相控阵对震源设备要求低,便于施行,具有物理相控阵达不到的效果。

  综上所述,声波散射成像办法检测大体积混凝土包含以下4项关键技能:①进行波场别离,滤除拉姆波提取散射波;②对单点激起记载进行数学相控阵,进步激起点下方的照度;③对散射记载进行速度扫描,取得混凝土的实践波速;④依据波速散布和散射记载进行偏移成像,取得混凝土内部结构图画。

  混凝土结构具有关闭的外表,体波和面波构成干与波场,这种干与波被称作拉姆波(Lamb)。拉姆波的传达与纵、横波速及混凝土厚度密切相关,有不同的模态和波结构。

  拉姆波的能量比体波的能量大得多,是混凝土结构检测的首要搅扰源。其频率较低,波速低于横波与纵波速度;波场别离运用视速度滤波办法滤除拉姆波,提取出散射波。滤波参数挑选保存视速度3800m·s-1以上即可(与混凝土波速有关)。图1所示为滤波前后的效果比照,从中能够清楚地看出滤波的效果。

  单点激起和相控阵激起效果比照如图2所示,可见单点激起发生的波场向下呈广角辐射,能量在下方的照度散布是涣散的,信噪比和横向分辨率都很低;相控阵是将震源规矩摆放,操控相位发射,在必定范围内构成相干加强。

  在混凝土检测中运用物理相控阵较困难,文章选用数学相控阵技能,能够到达物理相控阵相同的效果。数学相控阵是一种后处理技能,其对单点激起的数据进行数学处理,合成为相控阵数据,具有与物理相控阵平等的效果。震源相控阵的效果如图3所示,能够看出激起点下方的信号得到加强,右侧的信号被削弱,起到进步信噪比和横向分辨率的效果。以炮间隔0.25cm为例,选用5个震源点相控阵,外表摆放长度为1m,最优聚集区在24m深度处。对不同方针深度的勘探可调整相控阵的数目。

  依据共炮点散射波记载,对炮点下方混凝土的波速与散射界面方位进行扫描,确认混凝土的波速散布,扫描效果如图4所示。

  从图4中能够看出波速约为3800m·s-1,混凝土中界面明晰。除了地界面之外,还有内部界面,疑是存在冷缝 (施工间歇面)。

  锡林格勒盟境内建有许多风电设备,少数风电根底混凝土质量有待检测。风电塔的根底为钢筋混凝土结构,其典型结构方式如图5所示。混凝土结构由C40混凝土浇筑而成,外形呈圆楔形,直径为15m,中心有高为1m,直径为7m的圆柱体。圆柱外侧圆楔的厚度为3m,向外侧渐薄,至边际处减薄至1m。

  依据声波散射成像办法原理及相关标准要求[23-24],对塔基混凝土结构施行了6条声波散射测线条声波散射测线坐落中心圆柱体上,测线走向为北-南,东-西;4条声波散射测线个方向的斜坡上,沿径向安置,每条测线m。检波器间隔与激起点间隔均为0.25m(习惯检测精度的需求),激起点紧靠检波器。仪器选用北京同度工程物探技能有限公司出产的声波扫描仪,其主机与震源枪什物如图7所示。

  经数据坐标修改、滤波处理,每个记载取震源邻近的少数记载(不超越11道),联合偏移成像。得到东西南北4条剖面如图8所示,图中底部3m左右的红面是混凝土构件底部界面,界面很清楚,方位根本正确。图8中80cm1m范围内不同程度的赤色条纹,标明存在低速界面,可解说为浇筑中的冷缝。将一切测线效果拼接起来,进行三维展现(见图9),从图中能够看出二次浇筑界面明晰、连接。

  为了验证检测效果,如图10所示,在面向东侧的台柱混凝土根底上,且间隔台柱鸿沟35cm方位上钻取芯样,芯样长度为111.5cm。该芯样全体质量较好,不存在显着的不密实区,仅在表层钢筋浅部存在少数小气孔。芯样在距外表87.5cm处断为两截,断口不是新面,标明该方位的开裂是前期浇筑进程构成的,是显着的施工间歇面,与图8显现的低速界面深度共同,声波散射成像技能的检测效果得到了验证。

  研讨了声波散射法用于混凝土无损检测的适用性。在剖析声波在大体积混凝土中传达特性的根底上,运用视速度滤波去除了拉姆波搅扰,且运用数学相控阵技能进步了勘探深度与分辨率;运用波速扫描剖析混凝土波速结构后,得到了能明晰显现混凝土内部结构的偏移图画。

  声波散射成像技能在风电根底混凝土质量检测中的运用效果标明,该技能能够作为大体积混凝土质量检测的备选技能。与声波 CT 等无损检测技能比较,声波散射成像技能的优势是只需要一个检测面,勘探深度可达5m(装备更大能量的震源,勘探深度或许更深),可显现出混凝土的内部缺点。在许多只显露一个检测面且勘探间隔较深的大体积混凝土无损检测中具有广泛的运用远景。

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