一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法

1.本发明涉及土木工程无损检测技术领域，特别涉及一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法。


背景技术：

2.为保证梁体在施工中的耐久性和承载能力，防止预应力钢束产生锈蚀，并使其与四周混凝土紧密结合组成为一个整体来共同承受外力作用，需要在完成对预应力钢束的张拉后及时地向预应力孔道内进行灌浆，灌浆的密实度是影响预应力混凝土桥梁的使用性能的关键因素之一。
3.目前，脉冲回波探伤法探伤是较为主流的方法：脉冲振荡器发出的电压加在探头上(用压电陶瓷或石英晶片制成的探测元件)，探头发出的超声波脉冲通过声耦合介质(如机油或水等)进入材料并在其中传播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途径返回探头，探头又将其转变为电脉冲，经仪器放大而显示在示波管的荧光屏上。根据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度(与参考试块中人工缺陷的反射波幅度作比较)，即可测定缺陷的位置和大致尺寸。
4.上述现有技术存在的缺陷是：探头与超声波激发位置处于相对面，探头的位置固定，超声波的传播路径较长，混凝土材料对超声波的散射和吸收过多，导致信噪较低，无法保证灌浆密实度的测量的准确性。


技术实现要素：

5.本发明提供一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，可以解决现有技术中灌浆密实度的测量的准确性无法保证的问题。
6.本发明实施例提供一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，包括：
7.在预应力孔道外表面布置声波传感器；敲击一次预应力孔道内部钢绞线一端产生声波的同时启动声波传感器，声波传感器在移动过程中采集声波信号的首至波；
8.计算预应力孔道灌浆未存在缺陷时声波在钢绞线内传播的时间t1与声波在灌浆材料内传播的时间t2，声波信号的首至波时间为声波在钢绞线内传播的时间t1与声波在灌浆材料内传播的时间t2之和；
9.当待检测的预应力孔道灌浆存在缺陷时，声波在钢绞线内传播的时间为t1’
与声波在灌浆材料内传播的时间为t2’
，计算声波信号首至波时间的时间延长量来判断预应力孔道内部灌浆是否存在缺陷：当时间延长量等于0时，预应力孔道内部灌浆不存在缺陷；当时间延长量大于0时，预应力孔道内部灌浆存在缺陷；
10.根据首至波时间分别计算首至波时间识别指数k1(x)、波峰峰值识别指数k2(x)、应力波波峰峰值识别指数k3(x)，再计算出缺陷综合识别指数k(x)，对预应力孔道内部灌浆密实度做出评价。
11.另外的，所述声波传感器在预应力孔道表面沿着声波传播方向移动。
12.另外的，声波在钢绞线内传播的时间为t1，声波在灌浆材料内传播的时间为t2；若预应力孔道内部灌浆未存在缺陷，则
13.t1＝(x-a)/v
钢
14.t2＝a/(sinβ
×v混
)
15.其中，x为声波传感器的位置与声波发射点的水平距离，v
钢
为剪切波在钢绞线中的传播速度，v
混
为剪切波在灌浆材料里的传播速度，a为预应力孔道外灌浆材料的厚度，β为应力波在灌浆材料中的传播方向与竖直方向的夹角。
16.另外的，所述计算声波信号首至波时间的时间延长量来判断预应力孔道内部灌浆是否存在缺陷包括：若预应力孔道内部灌浆存在缺陷，当缺陷的侧边阻止了声波的传播时，t1不发生改变，t2会因为声波产生绕射而导致波传递的时间延长，令延长后的时间为t2’
：
[0017][0018]
其中，a为预应力孔道外灌浆材料的厚度，b为孔道内的灌浆材料厚度，c为应力波在预应力孔道内灌浆材料传播的水平距离，d为孔道外的灌浆材料厚度，β为应力波在灌浆材料中的传播方向与竖直方向的夹角，v
混
为剪切波在灌浆材料里的传播速度；
[0019]
时间延迟量为:
[0020][0021]
其中，a为预应力孔道外灌浆材料的厚度，b为孔道内的灌浆材料层厚度，c为应力波在预应力孔道内灌浆材料传播的水平距离，d为孔道外的灌浆材料层厚度，β为应力波在灌浆材料中的传播方向与竖直方向的夹角，v
混
为剪切波在灌浆材料里的传播速度；
[0022]
当缺陷的长边阻止了该方向波的传播时：如果波在缺陷起始处从钢绞线折射到灌浆材料，并经过绕射到达声波传感器，此时：
[0023]
t1’
＝(x-a-e)/v
钢
[0024]
t2’
＝{b+[(a+e)2+d2]
1/2
}/v
混
[0025]
如果波在缺陷末端从钢绞线折射到灌浆材料，经过绕射到达声波传感器，此时:
[0026]
t
1”＝(x-a+f)/v
钢
[0027]
t
2”＝{b+[(f-a)2+d2]
1/2
}/v
混
[0028]
两种情况下的时间延迟量分别为：
[0029][0030][0031]
其中，a为预应力孔道外灌浆材料的厚度，b为孔道内的灌浆材料厚度，c为应力波在预应力孔道内灌浆材料传播的水平距离，d为孔道外的灌浆材料层厚度，f为应力波在预应力孔道内灌浆材料传播的水平距离，e为未设置缺陷时声波折射点到起始位置的距离，β为应力波在灌浆材料中的传播方向与竖直方向的夹角，v
混
为剪切波在灌浆材料里的传播速度，v
钢
为剪切波在钢绞线中的传播速度。
[0032]
另外的，取
△
t1与
△
t2的数值低者作为当缺陷的长边阻止了该方向波的传播时的时间延长值。
[0033]
另外的，当声波传感器与声波发射点的水平距离大于缺陷末位置与声波发射点的水平距离，若依然能检测到缺陷时：
[0034]
t1’
＝(x-a+f)/v
钢
[0035]
t2’
＝{[(b+d)2+(f-a)2]
1/2
}/v
混
[0036]
时间延迟量为:
[0037][0038]
其中，a为预应力孔道外灌浆材料的厚度，β为应力波在灌浆材料中的传播方向与竖直方向的夹角，f为应力波在预应力孔道内灌浆材料传播的水平距离，v
混
为剪切波在灌浆材料里的传播速度，v
钢
为剪切波在钢绞线中的传播速度。
[0039]
另外的，所述根据首至波时间分别计算首至波时间识别指数k1(x)、波峰峰值识别指数k2(x)、应力波波峰峰值识别指数k3(x)，再计算出缺陷综合识别指数k(x)，对预应力孔道内部灌浆密实度做出评价包括：
[0040]
首至波时间识别指数k1(x)：
[0041]
k1(x)＝1-[t(x)-t0(x)-∑(t(x)-t0(x))/(10n)]/(t(x)-t0(x))
[0042]
其中，x为声波传感器的位置与声波发射点的水平距离，t0(x)为不存在缺陷时距离敲击点水平距离xcm处声波传感器接收到的首至波时间，t(x)为任意模型距离敲击点xcm处声波传感器接收到的首至波时间，a为孔道内混凝土宽度，b为孔道内混凝土宽度，声波传感器个数为n；
[0043]
波峰峰值识别指数k2(x)：
[0044]
k2(x)＝h(x)/h0(x)(0≤k2(x)≤1)
[0045]
其中，x为声波传感器的位置与声波发射点的水平距离，h0(x)为不存在缺陷时距离敲击点水平距离xcm处声波传感器接收到的波峰峰值，h(x)为任意模型距离敲击点xcm处声波传感器接收到的波峰峰值；
[0046]
应力波波峰峰值识别指数k3(x)：
[0047]
k3(x)＝u(x)/u0(x)(0≤k3(x)≤1)
[0048]
其中，x为声波传感器的位置与声波发射点的水平距离，u0(x)为不存在缺陷时距离敲击点水平距离xcm处的声波传感器接收到的首至波波峰，u(x)为任意模型距离敲击点xcm处的声波传感器接收到的波峰峰值；
[0049]
缺陷综合识别指数k(x)：
[0050]
k(x)＝(k1(x)+k2(x)+k3(x))/3(0≤k(x)≤1)
[0051]
其中，x为声波传感器的位置与声波发射点的水平距离，k1(x)为首至波时间识别指数，k2(x)为波峰峰值识别指数，k3(x)为波峰峰值识别指数；
[0052]
当缺陷综合识别指数k(x)的值越接近于1，说明该处灌浆密实度越好，不存在灌浆缺陷；越接近于0，说明该处灌浆密实度越不好，该处越可能存在灌浆缺陷。
[0053]
另外的，首至波时间识别指数k1(x)的范围为0≤k1(x)≤1；当t(x)-t0(x)＝0，即不存在首至波时间延长时，默认k1(x)＝1；波峰峰值识别指数k2(x)的范围为0≤k2(x)≤1；波峰峰值识别指数k3(x)的范围为0≤k3(x)≤1。
[0054]
另外的，首至波时间识别指数k1(x)，波峰峰值识别指数k2(x)，波峰峰值识别指数
k3(x)的计算值大于1时，则将其值计为1。
[0055]
本发明实施例提供的上述一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，与现有技术相比，其有益效果如下：
[0056]
通过声波传感器在移动过程中采集声波信号的首至波，声波信号的首至波时间为声波在钢绞线内传播的时间t1与声波在灌浆材料内传播的时间t2之和；当预应力孔道灌浆存在缺陷时，声波在钢绞线内传播的时间t1与声波在灌浆材料内传播的时间t2会延长，声波的首至波时间会延长，因此通过计算首至波时间的时间延长量来判断预应力孔道内部灌浆是否存在缺陷；本发明将声波传感器与声波激发位置放在了相邻面，避免了声波在传播过程中被介质材料过多散射和吸收，提高了声波采集效率，声波传感器在测量过程中会沿着声波在预应力孔道内的传播方向移动，提高了预应力孔道内灌浆缺陷测量的准确性。
附图说明
[0057]
图1为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的仪器连接示意图；
[0058]
图2为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的方法的波的折射定律示意图；
[0059]
图3为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的波的传播示意图；
[0060]
图4为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的声波在传递过程遇到缺陷示意图；
[0061]
图5为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的声波传感器位置1声波传播示意图；
[0062]
图6为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的声波传感器位置2声波传播示意图；
[0063]
图7为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的声波传感器位置3声波传播示意图；
[0064]
图8为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的室内试验的三个模型模板尺寸图；
[0065]
图9为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的室内试验的三个模型的缺陷布置位置示意图；
[0066]
图10为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的室内试验检测的前六个孔道的首至波时间随声波传感器位置变化而改变的数据图；
[0067]
图11为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的室内试验检测的前六个孔道的首至波波幅随声波传感器位置变化而改变的数据图；
[0068]
图12为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的室内试验检测的前六个孔道的波峰峰值随声波传感器位置变化而改变的数据图；
[0069]
图13为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的室内试验检测的第七个孔道的声波信号的三个指标随声波传感器位置变化而改变的数据图；
[0070]
图14为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的1号模
型的基于缺陷综合识别指数的3dmaxs识别缺陷位置的检测1云图；
[0071]
图15为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的2号模型的基于缺陷综合识别指数的3dmaxs识别缺陷位置的检测1云图；
[0072]
图16为一个实施例中提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法的3号模型的基于缺陷综合识别指数的3dmaxs识别缺陷位置的检测1云图；
具体实施方式
[0073]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0074]
一个实施例中，提供的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，该方法包括：s1、灌浆材料为混凝土，在待检测的预应力孔道表面布置声波传感器；
[0075]
s2、如图1所示，对待检测孔道的钢绞线的一端施加锤击，产生弹性波，启动示波器、声波传感器，声波传感器在预应力孔道表面沿着声波传播方向移动；
[0076]
s3、声波传感器在移动过程中采集声波信号，将声波信号传递到示波器，pc端进行分析得到声波信号的首至波时间；
[0077]
s4、预应力孔道内部灌浆存在缺陷与不存在缺陷的两种情况下，声波传感器两次声波信号的首至波时间的时间延长量不同，利用首至波时间的时间延长量来判断预应力孔道内部灌浆是否存在缺陷；通过首至波时间计算出缺陷综合识别指数，对预应力孔道内部灌浆密实度做出定量的评价。。
[0078]
步骤s4中各特征参数具体为：首至波时间。由fermat原理可得知：光在任意介质里，从一点传递到另一点时，沿所需时间最短的路径传播。又称最小时间原理。对于波的传播亦是如此，载波的传播过程中，若发生介质的改变，则波的传递方向也会发生改变，即发生波的折射。折射的角度变化按照波的折射定律而变，折射定律又叫做snell定律。
[0079]
如图2所示，设介质1中的声波传递速度为v1，介质2中的声波传递速度为v2，则：
[0080][0081]
其中，i为声波在钢绞线中传播方向与竖直方向夹角，r为声波在混凝土中传播方向与竖直方向的夹角。
[0082]
如图3所示，声波从钢绞线处传播经过混凝土到达声波接收点。声波在传播到钢绞线和混凝土的交界处会发生波的折射，此时根据交界处两侧介质中声波传播波速来计算，即可得到声波折射过程中两侧的折射角度。
[0083]
若混凝土的某处存在缺陷，致使声波无法进行传播，如图4所示，则会影响波的传播路径，影响波的传播时间。
[0084]
对于同一个缺陷来说，不同的声波传感器位置，会使得传递路径发生不同的变化。下面讲声波传感器的位置分成3种位置进行细化说明。
[0085]
声波传感器位于位置1时如图5所示，此类缺陷的特点为缺陷的侧边阻止了该方向波的传播，使得该波发生绕射，使声波传感器接收到此信号，使得信号接收发生延迟。
[0086]
计算声波传播时间分为两段：第一部分为声波在钢绞线内传播，时间为t1，第二部
分为声波在混凝土的传播过程，时间为t2。设声波传感器布置的位置与声波发射点的水平距离为x，a为预应力孔道外混凝土的厚度，b、d分别代表孔道内、外的混凝土层厚度，c为应力波在预应力孔道内混凝土传播的水平距离，v
钢
、v
混
分别代表剪切波在钢绞线和混凝土里的传播速度，β为应力波在混凝土中的传播方向与竖直方向的夹角。当未存在缺陷时：
[0087]
t1＝(x-a)/v
钢
[0088]
t2＝a/(sinβ
×v混
)
[0089]
当布置如图类型的缺陷时，t1不发生改变，t2会因为声波产生绕射而导致波传递的时间延长，令该时间为t2’
,则:
[0090][0091]
所以时间延迟量为:
[0092][0093]
其中，a为预应力孔道外混凝土的厚度，β为应力波在混凝土中的传播方向与竖直方向的夹角，b、d分别代表孔道内、外的混凝土层厚度。c为应力波在预应力孔道内混凝土传播的水平距离。
[0094]
声波传感器位于位置2时，此类缺陷的特点为缺陷的长边阻止了该方向波的传播，使得该波发生绕射，使声波传感器接收到此信号，使得信号接收发生延迟。
[0095]
如图6所示，路径1表示为波在缺陷起始处从钢绞线折射到混凝土，并经过绕射到达声波传感器。路径2为波在缺陷末端从钢绞线折射到混凝土，经过绕射到达声波传感器。两种路径分别对应不同的声波传播时间，取两者时间短者为存在缺陷时的声波传播时间，与未存在缺陷时的缺陷相比，即可得到时间延迟值。
[0096]
当未存在缺陷时，设钢绞线声波传递时间为t1，混凝土中传递时间为t2，e为未设置缺陷时声波折射点到起始位置的距离，f为声波折射点到缺陷末位置的距离，则：
[0097]
t1＝(x-a)/v
钢
[0098]
t2＝a/(sinβ
×v混
)
[0099]
当声波按照路径1传播时，传播时间为
[0100]
t1’
＝(x-a-e)/v
钢
[0101]
t2’
＝{b+[(a+e)2+d2]
1/2
}/v
混
[0102]
当声波按照路径2传播时，传播时间为
[0103]
t
1”＝(x-a+f)/v
钢
[0104]
t
2”＝{b+[(f-a)2+d2]
1/2
}/v
混
[0105][0106][0107]
最后将得到的数据进行比较，取
△
t1与
△
t2的数值低者作为时间延长值即可。
[0108]
声波传感器位于位置3时存在一种概率较低的特殊情况，如图6所示当声波传感器与声波发射点的水平距离大于缺陷末位置与声波发射点的水平距离，若依然能检测到缺陷，则：
[0109]
t1’
＝(x-a+f)/v
钢
[0110]
t2’
＝{[(b+d)2+(f-a)2]
1/2
}/v
混
[0111]
此时时间延长量
△
t为
[0112][0113]
如图8所示，设计两个无盖的0.8m
×
0.45m
×
0.12m的试验模型和一个2m
×
0.12m
×
0.12m的试验模板，模板厚度0.01m。
[0114]
如图9所示，为制作的混凝土模型的缺陷布置位置示意图。通过布置不同的缺陷位置以及缺陷直径，来验证类平行地震法在检测孔道内部灌浆缺陷的可行性。
[0115]
如图10-图12所示，为检测的声波信号的首至波时间、首至波波幅、波峰峰值指标，可以得知，对于首至波波幅和波峰峰值而言，在缺陷处存在很明显的幅值骤减的情况，且孔径越大，幅值降低越多，由于实际测试过程，低幅值处与高幅值处相差较大，所以效果不够明显，通过放大缺陷处的首至波波幅和波峰峰值分析图可以看见不同的孔径对应不同的幅值变化量。
[0116]
如图13所示，为长模型检测的声波信号各指标图，可以得知当改变模型长度为200cm时，三项指标在缺陷处仍能检测到缺陷的存在，与模型长度80cm相比，缺陷处的波形数值指标的变化趋势相同，说明模型长度的增加缺陷位置的定位没有影响。
[0117]
通过引入缺陷综合分析指数，将三个指标进行数学处理后合一处理，从而对缺陷的细致位置进行进一步的分析，最终使得模拟的缺陷的位置与实际缺陷的位置基本一致，并提出了延迟检测距离和延长检测距离概念，进一步增加了缺陷分析的精确度。为实验时哪些位置的声波传感器测点将会检测到缺陷提供可靠的推导。
[0118]
由于研究的数值指标较多，对于不同的数值指标，模拟出的结果也各不相同，为了更加精确的研究识别缺陷的具体位置，对缺陷附近的各个数值指标进行数学处理，此处提出缺陷综合识别指数k这一指标作为研究对象进行分析：
[0119]
这里引入延迟检测距离概念，因为声波在传波过程中遇到不同的材料会发生折射，所以当声波检测缺陷时，并不会在对应位置声波传感器检测到同位置的缺陷，会出现声波传感器检测到缺陷的位置与实际缺陷有一定差异的现象，如图10所示，实际检测到缺陷的声波传感器位置相对于缺陷偏后，所以会存在延迟检测距离。按照所设材料以及模型尺寸进行计算，带入snell定律公式可得声波在钢绞线中的传播方向与交界面法线方向的夹角约为88
°
，即接近水平方向传播，而声波在混凝土中的传播方向与交界面水平方向的夹角约为47.2
°
，对应正切值为1.08，所以实际声波传感器检测到缺陷的初始位置约为缺陷后2.16cm，即图中延迟检测距离为2.16cm。
[0120]
除了存在延迟检测距离还存在延长检测距离概念，即在缺陷存在位置后面对应的上方声波传感器依然能检测到缺陷的存在，原理与延迟检测距离相同经计算延长检测距离为4cm左右，但对缺陷末端延后4cm的声波传感器接收到的声波信号路径进行分析，由于此时的折射点位于缺陷末端，此时声波信号将通过在钢管向前传播一小段后从缺陷末端发生折射，且由于声波在钢管传播速度快且声波传播信号的路径基本没有受到影响，所以这里认为应检测到缺陷的声波传感器为缺陷前端延后4cm至缺陷末端延后2cm之间。
[0121]
对于首至波时间这一参数设定分析指标时，设t0(x)为不存在缺陷时距离敲击点
水平距离x cm处声波传感器接收到的首至波时间，t(x)为任意模型距离敲击点xcm处声波传感器接收到的首至波时间，a为孔道内混凝土宽度，b为孔道内混凝土宽度，声波传感器个数为n，此处对应的首至波缺陷识别指数为k1(x)，则对于该尺寸模型：
[0122]
k1(x)＝1-[t(x)-t0(x)-∑(t(x)-t0(x))/(10n)]/(t(x)-t0(x))
[0123]
这里的k1(x)即可作为距离敲击点水平距离xcm的首至波时间识别指数且0≤k1(x)≤1。当t(x)-t0(x)＝0，即不存在首至波时间延长时，默认k1(x)＝1。
[0124]
对于波峰峰值这一参数设定分析指标时，由于在缺陷两侧所对应位置的声波传感器接收到的波峰峰值出现高于正常值的现象，这是因为在模拟过程在缺陷处存在声波反射现象导致应力集中，从而使得缺陷两侧附近的声波传感器接收到的波峰峰值偏高，然后波峰峰值再会随着声波传感器的水平距离的增加而骤减，这使得缺陷段某位置存在与正常模型相同位置所对应的大小相同的波峰峰值，为了避免出现此类情况，当我们对波峰峰值进行识别指数研究时，对波峰峰值进行调整：将波峰峰值突增的位置的波峰峰值调整为与完好模型相同位置的波峰峰值，波峰峰值突增位置到波峰峰值正常位置内的其余异常波峰峰值采用插值的方法进行数值调整，其余位置不变，设h0(x)为不存在缺陷时距离敲击点水平距离xcm处声波传感器接收到的波峰峰值，h(x)为任意模型距离敲击点xcm处声波传感器接收到的波峰峰值，波峰峰值识别指数为k2(x)，则：
[0125]
k2(x)＝h(x)/h0(x)(0≤k2(x)≤1)
[0126]
这里的k2(x)即可作为距离敲击点水平距离xcm的波峰峰值识别指数。
[0127]
对于首至波波峰这一参数设定分析指标时，当某一处的首至波波峰发生突增超过正常模型的首至波波峰的较多时，将异常值进行数据处理，数据调整方法与波峰峰值部分相同，调整后的数值与首至波时间处理相同，设u0(x)为不存在缺陷时距离敲击点水平距离xcm处的声波传感器接收到的首至波波峰，u(x)为任意模型距离敲击点xcm处的声波传感器接收到的波峰峰值，波峰峰值识别指数为k3(x)，则对于该类尺寸模型：
[0128]
k3(x)＝u(x)/u0(x)(0≤k3(x)≤1)
[0129]
当k1(x)、k2(x)、k3(x)计算值大于1时取其值为1，所以对于缺陷综合识别指数k
x
的取值为：
[0130]
k(x)＝(k1(x)+k2(x)+k3(x))/3(0≤k(x)≤1)
[0131]
当缺陷综合识别指数k(x)的值越接近于1，说明该处灌浆密实度越好，不存在缺陷，越接近于0，说明该处越可能存在缺陷。
[0132]
对于首至波波幅和波峰峰值两组数据，因为小锤控制敲击力度仍然会存在少量误差，所以我们将3cm测得的首至波波幅和波峰峰值根据对照组进行归一化处理。将k(x)的阈值设置为0.6，则k(x)大于0.6时为无缺陷，k(x)小于0.6时为有缺陷。
[0133]
如图14、15、16所示分别为1、2、3号模型的基于缺陷综合识别指数的缺陷识别云图，将得到的缺陷综合识别指数数据利用3dsmax软件的精简材质编辑器功能进行云图的绘制，可得到的缺陷检测云图以及其对应的缺陷位置的布置的示意图。其中深灰代表不存在缺陷，白色代表存在缺陷。矩形部分为缺陷布置的具体位置，根据3dsmax缺陷检测示意云图与原缺陷布置位置进行比较，发现缺陷的位置与实际检测到的缺陷位置基本吻合，误差较小，所以通过类平行地震法并结合缺陷综合识别指数识别缺陷位置的方法是可行的。
[0134]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，其特征在于，包括：在预应力孔道外表面布置声波传感器；敲击一次预应力孔道内部钢绞线一端产生声波的同时启动声波传感器，声波传感器在移动过程中采集声波信号的首至波；计算预应力孔道灌浆未存在缺陷时声波在钢绞线内传播的时间t1与声波在灌浆材料内传播的时间t2，声波信号的首至波时间为声波在钢绞线内传播的时间t1与声波在灌浆材料内传播的时间t2之和；当待检测的预应力孔道灌浆存在缺陷时，声波在钢绞线内传播的时间为t1’
，声波在灌浆材料内传播的时间为t2’
，计算声波信号首至波时间的时间延长量来判断预应力孔道内部灌浆是否存在缺陷：当时间延长量等于0时，预应力孔道内部灌浆不存在缺陷；当时间延长量大于0时，预应力孔道内部灌浆存在缺陷；根据首至波时间分别计算首至波时间识别指数k1(x)、波峰峰值识别指数k2(x)、应力波波峰峰值识别指数k3(x)，再计算出缺陷综合识别指数k(x)，对预应力孔道内部灌浆密实度做出评价。2.如权利要求1所述的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，其特征在于，所述声波传感器在预应力孔道表面沿着声波传播方向移动。3.如权利要求1所述的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，其特征在于，声波在钢绞线内传播的时间为t1，声波在灌浆材料内传播的时间为t2；若预应力孔道内部灌浆未存在缺陷，则t1＝(x-a)/v
钢
t2＝a/(sinβ
×v混
)其中，x为声波传感器的位置与声波发射点的水平距离，v
钢
为剪切波在钢绞线中的传播速度，v
混
为剪切波在灌浆材料里的传播速度，a为预应力孔道外灌浆材料的厚度，β为应力波在灌浆材料中的传播方向与竖直方向的夹角。4.如权利要求3所述的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，其特征在于，所述计算声波信号首至波时间的时间延长量来判断预应力孔道内部灌浆是否存在缺陷包括：若预应力孔道内部灌浆存在缺陷，当缺陷的侧边阻止了声波的传播时，t1不发生改变，t2会因为声波产生绕射而导致波传递的时间延长，令延长后的时间为t2′
：其中，a为预应力孔道外灌浆材料的厚度，b为孔道内的灌浆材料厚度，c为应力波在预应力孔道内灌浆材料传播的水平距离，d为孔道外的灌浆材料厚度，β为应力波在灌浆材料中的传播方向与竖直方向的夹角，v
混
为剪切波在灌浆材料里的传播速度；时间延迟量为:其中，a为预应力孔道外灌浆材料的厚度，b为孔道内的灌浆材料层厚度，c为应力波在预应力孔道内灌浆材料传播的水平距离，d为孔道外的灌浆材料层厚度，β为应力波在灌浆材料中的传播方向与竖直方向的夹角，v
混
为剪切波在灌浆材料里的传播速度；当缺陷的长边阻止了该方向波的传播时：如果波在缺陷起始处从钢绞线折射到灌浆材
料，并经过绕射到达声波传感器，此时：t1’
＝(x-a-e)/v
钢
t2’
＝{b+[(a+e)2+d2]
1/2
}/v
混
如果波在缺陷末端从钢绞线折射到灌浆材料，经过绕射到达声波传感器，此时:t
1”＝(x-a+f)/v
钢
t2″
＝{b+[(f-a)2+d2]
1/2
}/v
混
两种情况下的时间延迟量分别为：两种情况下的时间延迟量分别为：其中，a为预应力孔道外灌浆材料的厚度，b为孔道内的灌浆材料厚度，c为应力波在预应力孔道内灌浆材料传播的水平距离，d为孔道外的灌浆材料层厚度，f为应力波在预应力孔道内灌浆材料传播的水平距离，e为未设置缺陷时声波折射点到起始位置的距离，β为应力波在灌浆材料中的传播方向与竖直方向的夹角，v
混
为剪切波在灌浆材料里的传播速度，v
钢
为剪切波在钢绞线中的传播速度。5.如权利要求4所述的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，其特征在于，取
△
t1与
△
t2的数值低者作为当缺陷的长边阻止了该方向波的传播时的时间延长值。6.如权利要求3所述的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，其特征在于，当声波传感器与声波发射点的水平距离大于缺陷末位置与声波发射点的水平距离，若依然能检测到缺陷时：t1′
＝(x-a+f)/v
钢
t2’
＝{[(b+d)2+(fa)2]
1/2
}/v
混
时间延迟量为:其中，a为预应力孔道外灌浆材料的厚度，β为应力波在灌浆材料中的传播方向与竖直方向的夹角，f为应力波在预应力孔道内灌浆材料传播的水平距离，v
混
为剪切波在灌浆材料里的传播速度，v
钢
为剪切波在钢绞线中的传播速度。7.如权利要求1所述的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，其特征在于，所述根据首至波时间分别计算首至波时间识别指数k1(x)、波峰峰值识别指数k2(x)、应力波波峰峰值识别指数k3(x)，再计算出缺陷综合识别指数k(x)，对预应力孔道内部灌浆密实度做出评价包括：首至波时间识别指数k1(x)：k1(x)＝1-[t(x)-t0(x)-∑(t(x)-t0(x))/(10n)]/(t(x)-t0(x))其中，x为声波传感器的位置与声波发射点的水平距离，t0(x)为不存在缺陷时距离敲击点水平距离xcm处声波传感器接收到的首至波时间，t(x)为任意模型距离敲击点xcm处声波传感器接收到的首至波时间，a为孔道内灌浆材料宽度，b为孔道内灌浆材料宽度，声波传感器个数为n；
波峰峰值识别指数k2(x)：k2(x)＝h(x)/h0(x)(0≤k2(x)≤1)其中，x为声波传感器的位置与声波发射点的水平距离，h0(x)为不存在缺陷时距离敲击点水平距离xcm处声波传感器接收到的波峰峰值，h(x)为任意模型距离敲击点xcm处声波传感器接收到的波峰峰值；应力波波峰峰值识别指数k3(x)：k3(x)＝u(x)/u0(x)(0≤k3(x)≤1)其中，x为声波传感器的位置与声波发射点的水平距离，u0(x)为不存在缺陷时距离敲击点水平距离x cm处的声波传感器接收到的首至波波峰，u(x)为任意模型距离敲击点x cm处的声波传感器接收到的波峰峰值；缺陷综合识别指数k(x)：k(x)＝(k1(x)+k2(x)+k3(x))/3(0≤k(x)≤1)其中，x为声波传感器的位置与声波发射点的水平距离，k1(x)为首至波时间识别指数，k2(x)为波峰峰值识别指数，k3(x)为波峰峰值识别指数；当缺陷综合识别指数k(x)的值越接近于1，说明该处灌浆密实度越好，不存在灌浆缺陷；越接近于0，说明该处灌浆密实度越不好，该处越可能存在灌浆缺陷。8.如权利要求7所述的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，其特征在于，首至波时间识别指数k1(x)的范围为0≤k1(x)≤1；当t(x)-t0(x)＝0，即不存在首至波时间延长时，默认k1(x)＝1；波峰峰值识别指数k2(x)的范围为0≤k2(x)≤1；波峰峰值识别指数k3(x)的范围为0≤k3(x)≤1。9.如权利要求8所述的一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，其特征在于，首至波时间识别指数k1(x)，波峰峰值识别指数k2(x)，波峰峰值识别指数k3(x)的计算值大于1时，则将其值计为1。

技术总结
本发明公开了一种用于检测预应力孔道灌浆密实度的方法，其涉及土木工程无损检测技术领域。包括：在待检测的预应力孔道外表面布置声波传感器，敲击一次预应力孔道内部钢绞线一端产生声波的同时启动声波传感器，声波传感器在移动过程中采集声波信号的首至波；利用首至波时间的时间延长量来判断预应力孔道内部灌浆是否存在缺陷；计算出缺陷综合识别指数，对预应力孔道内部灌浆密实度做出评价。本发明将声波传感器与声波激发位置放在了相邻面，声波传感器在测量过程中会沿着声波在预应力孔道内的传播方向移动，避免了声波在传播过程中被介质材料过多散射和吸收，提高了声波采集效率，提高了预应力孔道内灌浆缺陷测量的准确性。性。性。


技术研发人员：刘书奎 张闵书 马占国 靳云鹏 梁仁杰 魏福君 盛平 于广云 张仁杰 龚鹏
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/7