深圳钳压式声测管厂家灌桩基声测管
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声测管超声波在基桩质量检测中有着广泛的应用
摘要
声测管超声波在基桩质量检测中有着广泛的应用。利用超声CT可以获得混凝土的速度分布,识别异常截面的位置和尺寸,推断缺陷的性质和强度。基于超声CT反演方法研究,UCT程序(用超声波CT基础桩内质量检测程序)的开发。通过模拟计算和模型试验,总结了超声CT应用的关键技术。利用超声波CT对桩段进行了检测,给出了包括等值线、色谱图和速度三维分布的CT图像。在现场试验中设计了由十个分离换能器组成的串联换能器。从而有效地提高了检测效率和检测精度。
关键词:超声波,CT,基桩,检测,ct图像
1引言
钻孔灌注桩是桥梁基础和多层建筑中常用的桩。为了提高桩的承载力,桩的长度和直径往往设计得越来越大。由于锤击能量有限,在传播过程中会磨损,因此低应变试验法不适合检测此类桩。超声波法精度高。不受桩长、桩径和缺陷数的影响。它还可以提供混凝土的强度。因此,该方法在基桩质量检测中应用越来越广泛。自1986以来,我们用此法发现了1500多个桩。近,我们发现四桥梁桩(芜湖长江桥、南京长江二桥、润扬长江公路大桥和江阴长江桥)在长江下游。所有这些桩,大长度为100m,大直径为3.0M。
图为超声波检测原理。超声波法检测桩,需要先将超声波管焊接或固定在钢筋笼上。根据桩径,2,3或4管可以选择分布导致1,3或6个测量截面对应(图1b)。在detectionall管完全充满了干净的水。有20 ~ 50cm检测步骤,在每两管换能器上下移动(或自下而上)同步。测量了超声信号的瑞走时t和振幅a。这叫做清扫检查。如果接收信号不正常(如射线传播时间增量、振幅衰减、波像差),需要在这一点附近做更多的测量。为了确定桩中缺陷的位置和尺寸,还需要进行交叉测量。
(a)是在常规超声法射线的布局。当平行线和交叉射线的走时和振幅在图上不正常时,这些射线包围的部分显示出异常。但是,当接收到的信号代表射线通过混凝土的平均质量时,很难获得真实速度并推断出异常的下降程度。总的来说,传统方法很大程度上依赖经验,而且精度不高,甚至在特殊情况下会导致错误。例如,当异常所处的桩底和分配外,见图2(B)。由于除了1-1和2-2之外的所有射线的信号可能是不正常的,所以可以推断异常完全分布在横剖面上。
超声CT可以解决这些问题。如图所示(C),测量部分分为细胞。当在一个管中的测量点传输时,另一个管的所有点的信号由接收传感器接收。当采用反演算法后,可以得到测量截面的速度分布。因此,可以识别异常的位置和尺寸。可以推断异常的性质和异常强度。
超声ct 2原理
鉴于n光线通过测量截面分为P´Q = M细胞,如图所示。李是射线I(传输和接收换能器之间的距离)的长度,T是射线沿着李传播的时间。从Radon变换
(1)
在Vj(X,Y)是细胞J速度,FJ(x,y)是细胞,即慢速度的倒数。它是假定电池足够小,所以FJ(x,y)的每一个细胞可以被视为常数。Equ。(1)可以写为级数形式
(2)
其中Aij是长度的射线我细胞J.鉴于数学方程。(2)是一个线性方程组
(3)
或者可以用下列方程表示
T = AF(4)
方程的解。(4)是要找到向量F通过射线走时不让| | E | | 2 = | | t-af | | 2到小。
由于四个原因如下,而不是算术线性解的数值近似解求解方程(4):
欠定方程或。
方程的解以及Radon变换是病态的。他们需要定期估计。
细胞数量庞大。为了解决这个问题,需要在计算机上进行大容量的内存存储。
系数矩阵A是一个稀疏矩阵。每一行都有m元素。由于每个射线只穿过总细胞的一部分,所以A矩阵中的大多数元素是0。
在工程中,迭代方法,如代数重建技术(ART)同步迭代重建算法(SIRT)和阻尼小平方QR(DLSQR),通常用。此外,一个迭代的方法称为反投影技术(BPT)常用于产生缓慢的初始值。
三.超声ct关键技术
3.1细胞分裂
从理论上讲,单元越小,反演精度就越高,但数值计算的成本也会迅速增加。另一方面,考虑到超声波的特性,细胞的大小不应太大。15 ~ 30cm可以在工程应用中选择,如异常具有一定的尺寸。
3.2种算法选择
模拟计算表明,ART具有计算速度快、占用内存少的优点,但收敛性较差。SIRT具有收敛性好但计算慢。数据具有更高的精度即使数据有错误。需要指出的是,上述三种迭代方法都是基于直线模型,假设射线是直线运动,而不是曲线运动。建议在大体积混凝土结构中使用曲线模型。艺术与BPT一起在UCT计划调整速度图像选择。
3.3超声波管间距的修正
它可以很容易地看出,反演速度取决于射线旅行时间Ti和AIJ。由于超声波管在实际工作中是一个接一个地焊接或连接的,所以很难保持一根管子与另一根管子平行。如果把管顶上的空间看作是真实空间,则会导致反演精度较低或收敛性较差。用曲线拟合法对管间空间进行了修正,但影响较小。近,我们开发了PC程序(计算管间真实空间的程序),成功地解决了这个问题。在产品的程序,我们先用电脑程序更改行程时间,消除空间管之间的影响,然后逆变输出的CT图像进行。图4是UCT程序的N-S图。
3.4串联传感器的应用
超声ct方法需要多次平行测量和交叉测量。田野工作很繁重。例如,一个段的桩(260万长)下面介绍的是用超声波CT检测,检测步骤是0.2m。14´14数据获得所需。一根管子中的换能器移动了14倍,另一根管子的传感器移动了196倍。如果测量截面增大或细胞尺寸被分割得更小,野外工作将进一步增加。此外,细胞的高度取决于传感器的位置。由于传感器在下降时难以确定其垂直位置,大大降低了反演精度。
因为这些,我们开发了串联式传感器和转换开关,这是显示在图5。串联式传感器由十个分离的换能器组成。通过切换,可以容易地获得并行和交叉检测数据。将换能器来回移动的工作量减少到通常工作负载的十分之一。同时,每2个相邻传感器的空间保持不变,确保检测步长等于单元高度。
串联换能器在超声ct中的应用。
4。试验验证及在实践中的应用
4.1试验验证
构造混凝土试件。样品的顶部和底部的长方体与管内灌注桩(见图6)。一段混凝土管安装在B管模拟的缺陷,这是58cm长满泥浆和水泥砂浆混合物。检测BC测量截面的混凝土(在1-1 / 12-12 /)与超声CT。
fig.7a是光线的布局。fig.7b是等值线图和色谱图。fig.7c是速度的三维分布。缺陷是在灰度图中白色(红色图)在fig.7b。在fig.7c,缺陷表现为在三维下的位置。缺陷的深度位于约160 ~ 210cm和宽30 ~ 64cm。在这个区域中的速度是3600 ~ 4000m / s以上,而正常的也是4200米/秒,平均。作为混凝土缺陷附近质量受到影响,在施工过程中,缺陷显示的图的尺寸比实际尺寸大得多。
5.2实践应用
当检测到一个多层建筑S9桩,发现近-12.4m混凝土异常。混凝土之间-超声波CT检出11.2 ~ -13.8m是。测量截面的高度和宽度是260cm´114cm。宽度和高度分别为:20cm´19cm细胞。测量部分分为13´6 = 78细胞。
从左到右,显示ab,BC,ca测量部分。白的颜色显示异常,黑色显示普通混凝土(彩色图,红色代表异常,蓝色代表正常),如图所示,混凝土之间的12 ~ -13.0m异常。速度变化的3700m 4200米/ s的在普通混凝土的速度约为4400米/美国通过对所有三个测量截面数据,可以发现异常的BC几乎分布水平从-12.0m到-12.6m和AB和CA将从-12.0m歪到-13.0m。
5结论
超声波CT用于基桩检测时,可以提供直观的内部质量分布图像。可以识别异常的位置和尺寸。可以推断异常的性质和异常强度。
在超声CT检测中,需要高传输距离与接收换能器的距离,但在实际应用中,很难两管之间的距离。通过用PC程序修改光线传播时间,可以成功地解决这个问题。
在实际应用时,采用串联式传感器,可显著提高检测效率和检测精度。
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