钢管混凝土脱空无损检测技术试验研究

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作者：

马少宁

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摘要：

近年来,桥梁与高层建筑正在大量兴建。钢管混凝土结构由于具有强度高、自重轻、工业化程度高、施工便捷、抗震性能优等优点。因此常作为大跨桥梁和高层建筑承重体系常用的结构形式。当大跨度的桥梁采用钢管混凝土结构形式时,施工难度大,即使使用最先进的施工方案,也很难保证钢管内部混凝土的密实,尤其是拱顶区域。由于混凝土的收缩徐变,钢管壁与核心混凝土也会出现脱粘现象。这些因素都会使钢管混凝土受力性能下降,从而直接影响到建筑物的安全性。所以检测钢管混凝土内部质量是非常有必要的。本文在超声波法的基础上,利用两种新兴的无损检测方法:冲击弹性波振动法和红外热像法对钢管混凝土模型的脱空缺陷进行了检测。主要开展了以下工作:⑴在查阅大量国内外相关文献的基础上,分析总结了冲击弹性波法、超声波法和红外热像法在无损检测领域的研究现状及钢管混凝土无损检测的研究现状。⑵根据实验原理以及钢管混凝土的施工规范,设计并制作试验构件,布置了5个不同脱空厚度的缺陷。分别利用三种无损检测方法(冲击弹性波法、超声波法以及红外热像法)对钢管混凝土试件进行脱空检测,结果表明:利用这几种无损检测方法检测钢管混凝土脱空缺陷是可行的,可以对钢管混凝土脱空缺陷进行评价。⑶对弹性波的基础理论做了阐述。分别介绍弹性波的分类、反射特性以及冲击弹性波检测钢管混凝土的原理,总结出了利用冲击弹性波法检测钢管混凝土的几种方法。通过试验得出:冲击弹性波振动法可以有效检测出钢管混凝土脱空缺陷的形状,冲击回波法可以定量检测出脱空厚度。⑷阐述了超声波在钢管混凝土中的传播规律,总结出超声波法评估钢管混凝土质量的依据。通过试验发现:综合超声波的声速、声频参数检测钢管混凝土脱空缺陷可以提高超声波法检测检测脱空缺陷的能力,对于脱空厚度较大的缺陷超声波声速和频率参数变化明显。⑸从红外成像理论和热传导理论着手,总结出了红外热像法的检测方式与影响因素。通过试验得出:红外热像法可以快速有效检测出脱空区域的形状,检测效果与加热时间和钢管壁厚有关,即脱空厚度越大、钢管壁厚越薄,密实区与脱空区的温差值越大,检测效果越佳。

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关键词：

钢管混凝土 脱空缺陷 无损检测 超声波 冲击弹性波 红外热成像