超聲平測(cè)法在箱梁混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用

柳　斌

(新疆立弓交通勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆　烏魯木齊　831401)

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超聲平測(cè)法在箱梁混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用

柳斌

(新疆立弓交通勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊831401)

摘要：超聲平測(cè)法能夠有效地對(duì)混凝土中存在的裂縫、損傷層等缺陷進(jìn)行檢測(cè)，因而在橋梁混凝土質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。文章結(jié)合預(yù)應(yīng)力箱梁工程實(shí)例，探討超聲平測(cè)法在預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：超聲平測(cè)法；預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土；強(qiáng)度檢測(cè)

0引言

超聲波是用于檢測(cè)結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部缺陷的一種無(wú)損檢測(cè)方法，在我國(guó)的建筑工程中具有非常廣泛的應(yīng)用。超聲回彈綜合法是采用超聲儀對(duì)混凝土構(gòu)件的聲速值進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)采用回彈儀對(duì)同一測(cè)區(qū)的回彈值進(jìn)行測(cè)量，將兩種檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并通過(guò)有關(guān)的強(qiáng)度曲線對(duì)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)中所存在的裂縫和損傷問(wèn)題，通過(guò)超聲平測(cè)法即可測(cè)量得到。因此在橋梁混凝土質(zhì)量檢測(cè)中具有非常廣泛的應(yīng)用。本文將結(jié)合具體的預(yù)應(yīng)力箱梁工程項(xiàng)目，簡(jiǎn)要探討超聲平測(cè)法在預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用。

1超聲平測(cè)法的原理

對(duì)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)，一般采用超聲回彈法，這種方法又可以分為三類(lèi)：對(duì)測(cè)法、角測(cè)法以及平測(cè)法。當(dāng)采用對(duì)測(cè)法對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，需要將測(cè)點(diǎn)布置在混凝土表面的兩個(gè)側(cè)面上，這兩個(gè)側(cè)面相對(duì)要對(duì)稱(chēng)。采用平測(cè)法時(shí)，需要將測(cè)量點(diǎn)放在其中一個(gè)側(cè)面上。采用角測(cè)法時(shí)，需要將測(cè)量點(diǎn)放在混凝土結(jié)構(gòu)相鄰的兩個(gè)側(cè)面上。因此對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)，其目的無(wú)論是檢測(cè)強(qiáng)度還是檢測(cè)缺陷，檢測(cè)方法是首先應(yīng)該考慮的。

超聲波平測(cè)法主要是采用平測(cè)法進(jìn)行測(cè)量，脈沖發(fā)射源和接受系統(tǒng)均在混凝土的同一個(gè)面上[1]?；炷羶?nèi)部受到損壞，則在該界面處會(huì)形成波阻抗界面。當(dāng)超聲波在混凝土穿行達(dá)到該波阻抗界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生透射波和反射波，接受系統(tǒng)接收得到的反射波明顯會(huì)比入射波的能量降低較多。假如混凝土內(nèi)部有裂縫或者其他的缺陷，超聲波在經(jīng)過(guò)混凝土內(nèi)部時(shí)會(huì)出現(xiàn)散射和繞射。如果沒(méi)有缺陷。超聲波即可在混凝土內(nèi)部順利傳播，直至到達(dá)接收系統(tǒng)中。

2工程概況

本工程為某一橋梁施工建設(shè)項(xiàng)目。該橋梁的總長(zhǎng)度為185 m，總寬度為9 m。橋梁的上部結(jié)構(gòu)為懸鏈線箱型梁，跨徑為70 m。橋梁兩岸的引橋采用13 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁，如表1所示為預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁的設(shè)計(jì)參數(shù)。本工程中一共有90塊空心板。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該空心板為預(yù)應(yīng)力A類(lèi)構(gòu)件。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，需要對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，以此為工程施工提供科學(xué)的依據(jù)。

表1　預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁的設(shè)計(jì)參數(shù)表

3檢測(cè)方法的選取

根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求可以知道，對(duì)于結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)，可以采取的無(wú)損檢測(cè)方法包括回彈法、超聲回彈綜合法、后裝拔出法以及鉆芯法等。在規(guī)程中，測(cè)強(qiáng)曲線的范圍在10～60 MPa之間，但是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，本工程的混凝土強(qiáng)度換算值有很大可能會(huì)超過(guò)該范圍，因此不適合采用回彈法。在后裝拔出法的規(guī)程中，只是給出了測(cè)強(qiáng)曲線，但未給出相應(yīng)的系數(shù)，這就要制定專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線，因此同樣不適合采用后裝拔出法。鉆芯法需要對(duì)梁體造成一定的損壞，雖然是一種精度較高的檢測(cè)方法，但是不適合在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。因此，經(jīng)過(guò)綜合分析考慮，采用超聲回彈綜合法對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)比較合適。

由于在本工程中，梁體為空心板，其兩側(cè)的平面并不平行，因此對(duì)于本工程空心板混凝土進(jìn)行檢測(cè)需要采用超聲平測(cè)法。

4抽檢數(shù)量和測(cè)區(qū)布置

依據(jù)有關(guān)規(guī)范，復(fù)檢根據(jù)C類(lèi)進(jìn)行抽檢，抽檢20根構(gòu)件。本工程梁的長(zhǎng)度和相鄰兩個(gè)測(cè)區(qū)之間的距離應(yīng)控制在2 m以上，因此在每個(gè)梁上一共布置了10個(gè)測(cè)區(qū)。如圖1所示為本工程平測(cè)法測(cè)點(diǎn)的布置示意圖。

圖1　平測(cè)法測(cè)點(diǎn)的布置示意圖

5回彈測(cè)試及回彈值計(jì)算

采用回彈儀對(duì)梁體的側(cè)面進(jìn)行回彈測(cè)試，確保回彈儀的軸線垂直于梁體側(cè)面。對(duì)于每個(gè)測(cè)區(qū)，彈擊點(diǎn)應(yīng)控制在16點(diǎn)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，應(yīng)將其中較大的3個(gè)值和較小的3個(gè)值去除，剩余的10個(gè)回彈值作為有效回彈，并取平均回彈值作為測(cè)區(qū)的回彈值[2]。

6超聲測(cè)試及聲速值的計(jì)算

進(jìn)行超聲測(cè)試時(shí)，先對(duì)超聲儀系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)零處理，采用黃油作為耦合劑，然后即可進(jìn)行超聲測(cè)試。按照編號(hào)的順序依次逐點(diǎn)對(duì)每個(gè)測(cè)區(qū)的聲時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)。傳輸聲時(shí)值的測(cè)定：將發(fā)射和接收探頭放置在選取的測(cè)點(diǎn)上，發(fā)射電壓置于200 V上，打開(kāi)“增益”，并調(diào)節(jié)“粗調(diào)”旋紐，使示波器上有波形顯示，再調(diào)節(jié)“增益”旋鈕，使首波波形高度占屏幕總高度的2/3，然后調(diào)節(jié)“細(xì)調(diào)”“微調(diào)”旋鈕使光標(biāo)移動(dòng)到接收波的起始處，讀取顯示器的數(shù)值，此數(shù)值即為超聲波在混凝土中的傳播時(shí)間。

各測(cè)區(qū)的平測(cè)聲速V=(l1/t1+l2/t2+l3/t3)/3，然后再選擇幾個(gè)測(cè)區(qū)，以不同的測(cè)距再次逐點(diǎn)測(cè)讀相應(yīng)的聲時(shí)t，一般情況下，測(cè)距分別為200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、450 mm、500 mm。通過(guò)不同測(cè)距所得到的不同聲時(shí)，即可通過(guò)回歸分析的方法求出直線方程l=a+bt。直線方程中的系數(shù)b與該測(cè)區(qū)的平測(cè)聲速V之間的比值即為修正系數(shù)，以此修正系數(shù)即可對(duì)平測(cè)聲速進(jìn)行修正[3]。

比如說(shuō)，根據(jù)18#梁超聲波檢測(cè)結(jié)果所得到的直線方程，系數(shù)b=5.07 km/h，其相應(yīng)的平測(cè)法聲速V=4.63 km/h，因此計(jì)算得到的修正系數(shù)為1.095。其他幾個(gè)梁體的修正系數(shù)算法相同。

7芯樣制備及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

在采用綜合法測(cè)試的九個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行鉆芯取樣，在試驗(yàn)室內(nèi)，應(yīng)對(duì)芯樣進(jìn)行加工以制作成標(biāo)準(zhǔn)試件，根據(jù)要求標(biāo)準(zhǔn)試件的高徑比應(yīng)控制在1∶1。芯樣的兩端應(yīng)確保平整，如果存在不平整的問(wèn)題，應(yīng)采用硫磺膠泥進(jìn)行補(bǔ)平處理。補(bǔ)平處理之后需要在室內(nèi)進(jìn)行3 d的靜置，之后即可進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

把每個(gè)測(cè)區(qū)的平均回彈值和經(jīng)過(guò)修正的超聲聲速值代入到統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線中，通過(guò)測(cè)強(qiáng)曲線即可計(jì)算出各測(cè)區(qū)的強(qiáng)度換算值。然后采用芯樣抗壓強(qiáng)度換算值與綜合法測(cè)試強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，可以得出每片梁的測(cè)強(qiáng)曲線修正系數(shù)。將各個(gè)測(cè)區(qū)的強(qiáng)度換算值與修正系數(shù)相乘便可得到每個(gè)測(cè)區(qū)最終的強(qiáng)度換算值。

對(duì)每片梁10個(gè)測(cè)區(qū)的強(qiáng)度換算值進(jìn)行平均計(jì)算，能得出每片梁的混凝土強(qiáng)度平均值[4]。同樣，根據(jù)計(jì)算公式可以得到強(qiáng)度的均方差和推定強(qiáng)度。

8結(jié)果分析

(1)通過(guò)采用超聲平測(cè)法和取芯法等對(duì)壓強(qiáng)度換算值進(jìn)行比對(duì)分析，經(jīng)對(duì)比，其比值在0.96～1.15之間，表明超聲平測(cè)法與取芯法的測(cè)試的數(shù)值是一致的。

(2)結(jié)合以上測(cè)量的結(jié)果，不難看出，該橋梁板材的混凝土強(qiáng)度應(yīng)該在49.3～51.1 MPa之間，因此可以認(rèn)定本工程梁板混凝土的強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度C50的要求。

9結(jié)語(yǔ)

針對(duì)于混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的鉆芯檢測(cè)由于其破壞構(gòu)件而逐漸減小應(yīng)用，超聲法等無(wú)損檢測(cè)成為檢測(cè)的主要方法之一。文章通過(guò)結(jié)合某橋梁施工建設(shè)項(xiàng)目，由于該橋梁使用的是空心板材，板梁的兩個(gè)側(cè)面相互又不平行，因此在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)主要是采用超聲平測(cè)法進(jìn)行。結(jié)合該工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者提出合適的測(cè)點(diǎn)布置及其設(shè)置數(shù)量，同時(shí)結(jié)合測(cè)試結(jié)果，提出合理的計(jì)算方法，從而根據(jù)測(cè)試準(zhǔn)確推算出混凝土強(qiáng)度，為后續(xù)工作提供參考。

參考文獻(xiàn)

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Application of Ultrasonic Testing Method in Strength Testing of Box Girder Concrete

LIU Bin

(Xinjiang Ligong Highway Design Institute，Urumqi，Xinjiang，831401)

Abstract：Ultrasonic testing method can effectively detect the cracks，damage layer and other defects present in concrete，thus is is widely used in bridge concrete quality inspection.Combined with pres-tressed box-girder engineering examples，this article discussed the application methods of ultrasonic testing method in strength testing of prestressed box girder concrete.

Keywords：Ultrasonic testing method；Prestressed concrete box girder；Strength testing

收稿日期：2015-12-08

文章編號(hào)：1673-4874(2016)01-0070-04

中圖分類(lèi)號(hào)：U446

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.01.016

作者簡(jiǎn)介

柳斌(1989—)，助理工程師，研究方向：公路橋梁、涵洞設(shè)計(jì)及橋梁檢測(cè)。