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        鐵路隧道混凝土強度無損檢測新技術

        分類:
        新聞資訊
        發布時間:
        2019/09/04 14:18
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        主要針對鐵路隧道襯砌及大體積混凝土結構,進行快速、準確的強度無損檢測。產品以彈性波為介質,可檢測結構內部強度情況,擁有超聲檢測儀、回彈儀無可比擬的優勢。

         

        一、彈性模量與強度的基本原理

        采用沖擊彈性波作為檢測媒介,通過檢測彈性波的波速,計算材料的動彈性模量,根據動彈性模量與抗壓強度的相關關系推算混凝土的抗壓強度,其核心在于精確地檢測混凝土材料的動彈性模量。

        混凝土的動彈性模量不僅影響到結構的變形,而且也是反映混凝土質量、耐久性的重要指標:

        1. 可以反映材料的剛性特性,在結構的變形計算中是重要的參數。特別是對于高強度混凝土,簡單地采用抗壓強度反推彈模的方法往往具有較大的誤差;

        2. 混凝土材料的老化往往先從彈模的降低開始,而新建結構的施工不良也會在彈模方面有所顯現。

        彈模的檢測主要是通過對波速的檢測。

        對于1維均質彈性體,其動彈性模Ed與彈性波P波波速Vp1的關系可以表示為:

        其中,ρ為材料的密度,對于混凝土,ρ一般為2400kg/m3左右。當檢測對象為2維或3維時,P波速度有一定的變化。

        2維:

        3維:

         

        而對于表面波(瑞利波),其關系可以表示為:

        瑞利波:

         

        一般來說,混凝土的動泊松比為0.2~0.25,其不同波速間的比較如下:

        根據標定數據建立動彈性模量與強度的對應關系,算出混凝土強度值。

         

        二、模量~強度曲線的簡易標定方法

        對于大多數結構混凝土,其抗壓強度在20~60MPa。在此區間,不同的形狀決定系數對回歸曲線的影響并不大(如下圖)。因此,將設定為一個常數,如5.5,對擬合曲線的精度并不會產生明顯的影響。

        由此,需要回歸的參數僅一個ΕΑ,再根據最小二乘法,可以很容易對ΕΑ進行回歸擬合:

         

        三、標定-彈性模量與強度關系建立

        強度檢測需要現場同配比(尤其是骨料)的150mm×150mm×150mm混凝土標準試塊3組,先測試每個試塊的混凝土的動彈性模量,再將試塊做抗壓試驗,獲取每個試塊的強度,用以標定,建立彈性模量與抗壓強度的對應關系,擬合回歸曲線,推導計算公式。

        利用重復反射法測試每個試塊的混凝土P波波速,具體過程如下:

        試塊厚度Η為已知,在結構表面激發沖擊彈性波,通過測試彈性波其在結構底部反射的時間Τ,計算得到沖擊彈性波波速Vp。

         

        四、面波法(R波法)

        在混凝土厚度較大時,將兩個傳感器按一定間距成直線布置,在利用激振裝置在距離第一個傳感器一定距離的位置激振,產生表面波,利用兩傳感器分別接收面波的時間差來測得面波波速,從而計算出混凝土的彈性模量,進而能夠推算混凝土的強度指標。

        面波法影響深度范圍為1.5倍激振波長范圍,可以綜合反應測試位置整個襯砌厚度范圍內的混凝土強度。

         

        五、檢測現場及結果比對

        測試現場圖▲

        測試現場圖▲

        在實際大量的鐵路隧道檢測中,配合無損檢測和鉆芯取樣,對本技術的精度、適用性等進行了驗證。結果表明,該方法能夠較好地推定混凝土強度(表層及內部),而且對裂縫等損傷敏感,其推定精度遠優于回彈儀。

        如圖,回彈儀的測試強度完全無法反應真實的混凝土強度。

        本技術測試強度與鉆芯壓載強度比較▲

        本技術測試強度與鉆芯壓載強度比較

        回彈儀測試強度與鉆芯壓載強度比較▲

        混凝土強度沿深度分布曲線▲

        鐵路隧道混凝土強度無損檢測新技術

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        【摘要】:
        主要針對鐵路隧道襯砌及大體積混凝土結構,進行快速、準確的強度無損檢測。產品以彈性波為介質,可檢測結構內部強度情況,擁有超聲檢測儀、回彈儀無可比擬的優勢。?一、彈性模量與強度的基本原理采用沖擊彈性波作為檢測媒介,通過檢測彈性波的波速,計算材料的動彈性模量,根據動彈性模量與抗壓強度的相關關系推算混凝土的抗壓強度,其核心在于精確地檢測混凝土材料的動彈性模量?;炷恋膭訌椥阅A坎粌H影響到結構的變形,而且也

        主要針對鐵路隧道襯砌及大體積混凝土結構,進行快速、準確的強度無損檢測。產品以彈性波為介質,可檢測結構內部強度情況,擁有超聲檢測儀、回彈儀無可比擬的優勢。

         

        一、彈性模量與強度的基本原理

        采用沖擊彈性波作為檢測媒介,通過檢測彈性波的波速,計算材料的動彈性模量,根據動彈性模量與抗壓強度的相關關系推算混凝土的抗壓強度,其核心在于精確地檢測混凝土材料的動彈性模量。

        混凝土的動彈性模量不僅影響到結構的變形,而且也是反映混凝土質量、耐久性的重要指標:

        1. 可以反映材料的剛性特性,在結構的變形計算中是重要的參數。特別是對于高強度混凝土,簡單地采用抗壓強度反推彈模的方法往往具有較大的誤差;

        2. 混凝土材料的老化往往先從彈模的降低開始,而新建結構的施工不良也會在彈模方面有所顯現。

        彈模的檢測主要是通過對波速的檢測。

        對于1維均質彈性體,其動彈性模Ed與彈性波P波波速Vp1的關系可以表示為:

        其中,ρ為材料的密度,對于混凝土,ρ一般為2400kg/m3左右。當檢測對象為2維或3維時,P波速度有一定的變化。

        2維:

        3維:

         

        而對于表面波(瑞利波),其關系可以表示為:

        瑞利波:

         

        一般來說,混凝土的動泊松比為0.2~0.25,其不同波速間的比較如下:

        根據標定數據建立動彈性模量與強度的對應關系,算出混凝土強度值。

         

        二、模量~強度曲線的簡易標定方法

        對于大多數結構混凝土,其抗壓強度在20~60MPa。在此區間,不同的形狀決定系數對回歸曲線的影響并不大(如下圖)。因此,將設定為一個常數,如5.5,對擬合曲線的精度并不會產生明顯的影響。

        由此,需要回歸的參數僅一個ΕΑ,再根據最小二乘法,可以很容易對ΕΑ進行回歸擬合:

         

        三、標定-彈性模量與強度關系建立

        強度檢測需要現場同配比(尤其是骨料)的150mm×150mm×150mm混凝土標準試塊3組,先測試每個試塊的混凝土的動彈性模量,再將試塊做抗壓試驗,獲取每個試塊的強度,用以標定,建立彈性模量與抗壓強度的對應關系,擬合回歸曲線,推導計算公式。

        利用重復反射法測試每個試塊的混凝土P波波速,具體過程如下:

        試塊厚度Η為已知,在結構表面激發沖擊彈性波,通過測試彈性波其在結構底部反射的時間Τ,計算得到沖擊彈性波波速Vp。

         

        四、面波法(R波法)

        在混凝土厚度較大時,將兩個傳感器按一定間距成直線布置,在利用激振裝置在距離第一個傳感器一定距離的位置激振,產生表面波,利用兩傳感器分別接收面波的時間差來測得面波波速,從而計算出混凝土的彈性模量,進而能夠推算混凝土的強度指標。

        面波法影響深度范圍為1.5倍激振波長范圍,可以綜合反應測試位置整個襯砌厚度范圍內的混凝土強度。

         

        五、檢測現場及結果比對

        測試現場圖▲

        測試現場圖▲

        在實際大量的鐵路隧道檢測中,配合無損檢測和鉆芯取樣,對本技術的精度、適用性等進行了驗證。結果表明,該方法能夠較好地推定混凝土強度(表層及內部),而且對裂縫等損傷敏感,其推定精度遠優于回彈儀。

        如圖,回彈儀的測試強度完全無法反應真實的混凝土強度。

        本技術測試強度與鉆芯壓載強度比較▲

        本技術測試強度與鉆芯壓載強度比較

        回彈儀測試強度與鉆芯壓載強度比較▲

        混凝土強度沿深度分布曲線▲

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