超聲平測法在預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土強度檢測中的應(yīng)用

徐善杰 張今陽，2 許 可

（1.安徽省水利部淮河委員會 水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000 2.河海大學(xué)力學(xué)與材料學(xué)院 南京 210098）

超聲法是目前我國最常用的一種檢測結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部缺陷且有相應(yīng)方法標準的無損檢測方法。當(dāng)結(jié)構(gòu)和檢測條件等因素受到限制僅具備一個檢測面可供檢測時，宜選用超聲平測法對諸如裂縫、損傷層等缺陷進行檢測[1-4]。在利用超聲回彈綜合法檢測結(jié)構(gòu)混凝土強度時，往往也遇到類似情況，如水池壁、底板、飛機跑道、路面、地下室、沉井井壁、穿堤涵涵箱、預(yù)應(yīng)力箱梁等[5]。2005年頒布的《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》[6]將平測法用于綜合法測強中，使綜合法測強技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。

1 超聲回彈綜合法檢測結(jié)構(gòu)混凝土原理

超聲回彈綜合法是利用超聲儀和回彈儀在混凝土構(gòu)件的同一測區(qū)分別測量聲速值v和回彈值R，通過校驗測強曲線推算混凝土強度值fcu，i。綜合法采用了兩種物理參量與混凝土強度的相關(guān)關(guān)系評價混凝土強度，即以回彈代表值體現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的表觀強度，以超聲波聲速代表值、幅值及頻率值變化體現(xiàn)混凝土內(nèi)部強度和缺陷程度，因此，數(shù)據(jù)反映更全面、更可靠[7]。

2 超聲平測法的特點

超聲回彈綜合法測強的方法有對測法、角測法和平測法3種。其中對測法測點布置在結(jié)構(gòu)的兩個對稱側(cè)面上，平測法測點布置在結(jié)構(gòu)的某一個側(cè)上，角測法測點布置在結(jié)構(gòu)相鄰兩個側(cè)面上。很顯然，對測法最敏感，測量結(jié)果也最可靠，因此，無論是測強還是測缺，都應(yīng)優(yōu)先選用對測法。平測法的脈沖發(fā)射源與接收系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)同一面上。當(dāng)混凝土內(nèi)部存在不連續(xù)或破損界面時，缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低。當(dāng)混凝土內(nèi)存在裂縫缺陷時，將產(chǎn)生波的散射和繞射[8]。而混凝土內(nèi)部沒有缺陷時，則聲波正常傳播至接收系統(tǒng)，只是因波的入射角度問題，使得直接利用R、T換能器中心的距離計算得到的聲速偏小。

3 工程實例

3.1工程概況

某干渠交通橋采用跨徑為70m的懸鏈線箱形拱橋，橋梁全長為185.0m，橋梁總寬為9.0m，荷載等級為公路-Ⅱ級。兩岸引橋采用13m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁?？招陌逯邪鍖?9cm，板高60cm，按預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計，共90塊空心板?；炷猎O(shè)計強度等級為C50。因施工單位和監(jiān)理單位預(yù)留的引橋空心板試塊強度均遠低于設(shè)計要求，為給工程下一步處理提供科學(xué)數(shù)據(jù)，需要對結(jié)構(gòu)實體強度進行檢測。

3.2檢測方法的選取

對結(jié)構(gòu)實體混凝土強度進行檢測，國家行業(yè)有技術(shù)規(guī)程的無損檢測方法有回彈法、超聲回彈綜合法、后裝拔出法、鉆芯法等?；貜椃ㄒ?guī)程[9]中測強曲線的范圍為10～60MPa，本工程混凝土強度換算值超過該范圍的可能性較大；后裝撥出法規(guī)程[10]中只給出了測強曲線的型式，沒有相應(yīng)的系數(shù)，需要制定專用測強曲線或地區(qū)曲線；鉆芯法是一種較為直觀、可靠和精度高的檢測方法[11]，但是對于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)來說，芯樣數(shù)量不宜太多，甚至不宜鉆取。因此，超聲回彈綜合法是比較好的選擇，其一方面能夠避免單一回彈法受碳化深度的影響，另一方面也能夠滿足強度測試范圍。

又考慮到該橋板為空心板，且板梁兩側(cè)面不平行，因此采用超聲（平測）回彈綜合法對該空心板混凝土強度進行檢測。新規(guī)程要求在使用統(tǒng)一測強曲線前對其進行驗證，根據(jù)現(xiàn)場條件，在3片沒有張拉的梁上鉆取9個芯樣對測強曲線進行修正。

3.3抽檢數(shù)量和測區(qū)布置

根據(jù)文獻[12]要求，復(fù)檢需要按C類抽檢，需要抽檢20根構(gòu)件?？紤]到梁的長度以及相鄰兩測區(qū)間距不宜大于2m，在每片梁上布置10個測區(qū)。平測法測點布置如圖1所示，測點測距均為350mm?；貜椃y點均勻布置在平測法測區(qū)內(nèi)。

3.4回彈測試及回彈值計算

保持回彈儀的軸線垂直于梁的側(cè)面進行回彈測試，每個測區(qū)彈擊16點。剔除3個較大值和3個較小值，其余10個有效回彈值作為測區(qū)的平均回彈值。由于是在澆筑側(cè)面進行水平測試，因此回彈值不涉及角度修正和澆筑面的修正。

3.5超聲測試及聲速值計算

先將超聲儀系統(tǒng)調(diào)零，然后用黃油作為耦合劑，逐點測試每個測區(qū)的聲時值。各測區(qū)平測聲速vp=（l1/t1+l2/t2+l3/t3）/3。再選擇若干測區(qū)，以測距 l=200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm，逐點測讀相應(yīng)的聲時 t，用回歸分析的方法求出直線方程l=a+bt，以回歸系數(shù)b與該測區(qū)的平測聲速vp之比求得修正系數(shù)對平測聲速進行修正。如圖2，29#梁的b=5.07km/s，相應(yīng)的平測法聲速vp=4.63km/s，則聲速修正系數(shù)為λ=b/vp=5.07/4.63=1.095。其余各梁的聲速修正系數(shù)算法相同。本次測試不涉及到混凝土澆筑表面或底面的修正。

3.6芯樣制備及抗壓強度試驗

在綜合法對應(yīng)的9個測區(qū)中鉆取芯樣，室內(nèi)將芯樣切割制成高徑比為1∶1的標準試件，兩端磨平、并用硫磺膠泥補平，室內(nèi)靜置3天后進行抗壓強度試驗?？箟涸囼灲Y(jié)果如表1。

3.7結(jié)構(gòu)混凝土強度推定

表1 混凝土芯樣抗壓強度匯總表

表2 空心板梁混凝土強度推定值匯總表

首先將各測區(qū)的平均回彈值、經(jīng)修正的超聲聲速值代入文獻[6]統(tǒng)一測強曲線即公式fccu，i=0.0162v1.656R1.410中，計算出各測區(qū)的強度換算值fccu，i’。然后將芯樣抗壓強度換算值與相應(yīng)測區(qū)的綜合法測試強度進行比較，得到每片梁的測強曲線修正系數(shù)。用該修正系數(shù)乘以得到最終的測區(qū)強度換算值

根據(jù)10個測區(qū)的強度換算值計算出各片梁的混凝土強度平均值、均方差和推定強度fcu，e。結(jié)果如表2。

3.8分析意見

（1）超聲（平測）回彈綜合法檢測結(jié)果與芯樣抗壓強度換算值的比值為0.96～1.15，表明兩種方法測試結(jié)果較一致。

（2）經(jīng)檢測，該批橋梁板的現(xiàn)齡期混凝土強度推定區(qū)間為[49.4，51.0]MPa，達到設(shè)計強度等級C50要求。

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