预应力管道压浆密实度定位测试新技术.docx

预应力管道压浆密实度定位测试新技术一、 引言预应力钢绞线要在桥梁使用过程中确保长期发挥作用，达到设计要求，孔道压浆的质量效果是重要的影响因素之一。如果压浆不密实，水和空气的进入使得处于高度张拉状态的钢绞线材料易发生腐蚀，造成有效预应力降低。严重时，钢绞线会发生断裂，从而极大地影响桥梁的耐久性、安全性。此外，压浆质量缺陷还会导致混凝土应力集中，进而改变梁体的设计受力状态，从而影响桥梁的承载力和使用寿命。灌浆不密实不仅对预应力混凝土桥梁的耐久性有很大的影响，而且对桥梁的即时承载力也有相当的影响。王一等人在模型试验和数值分析的基础上，指出，对于全空管道，其开裂荷载较全密实孔道低10%左右，而最大挠度则可能增加50%。因此准确的确定孔道压浆不密实位置，并采用适当的方法对其进行修补，对提高桥梁的承载力及耐久性有重要意义。而桥梁的预应力体系非常复杂，首先是波纹管保护层厚度不同的现浇梁和预制梁，其次是管道材质包括塑料波纹管和铁皮波纹管。因此基于以上的2方面原因，对测试媒介及信号分析方法有较高的要求。四川升拓研发预应力多功能检测仪（SPC-MATS）在原有冲击回波的基础上从测试方法、信号处理等方法创新，经过大量的工程实际应用，其测试效率、精度达到了工程应用标准。现从该方法的测试原理、典型验证案例、影响因素等方面进行介绍。二、 冲击回波等效波速法（IEEV）基本原理根据在波纹管位置反射信号的有无以及梁底端的反射时间的长短，即可判定灌浆缺陷的有无和类型。当管道灌浆存在缺陷时，有： 灌浆密实 灌浆有缺陷 未灌浆图2-1 冲击回波等效波速法IEEV测试原理（1） 激振的弹性波在缺陷处会产生反射（IE法的理论基础）；（2） 激振的弹性波从梁对面反射回来所用的时间比灌浆密实的地方长。因此，等效波速（2倍梁厚/梁对面反射来回的时间）就显得更慢（IEEV法的理论基础）；（3） 当激振信号产生的结构自由振动的半波长与缺陷的埋深接近时，缺陷反射与自由振动可能产生共振的现象，使得自由振动的半波长趋近于缺陷埋深（即共振偏移，IERS法的理论基础）。偏移量灌浆密实 灌浆缺陷（自振频谱移位）图 22 冲击回波共振偏移法（IERS）测试原理1) 测试方法的选择上述三种方法均采用同一数据和同一频谱分析，仅在云图判读上有所不同。一般而言，IE法是基础，各种状况均适用。IEEV法适合于壁厚较小，底部反射明显的情形。而IERS法则相反，适合于壁厚较大，底部反射不明显的情形。2) 定位测试的特点（1） IEEV法测试精度高，但相对速度较慢；（2） 测试精度与壁厚/孔径比（D/）有关，D/越小，测试精度越高；（3） 当边界条件复杂（拐角处）或测试面有斜角（如底部有马蹄时），测试精度会受较大的影响。图 23 马蹄形部位的测试方法冲击回波法的基本概念在90年代即被提出。我们通过改进频谱分析方法和增加“等效波速”专利技术，从而大幅提高了该方法的测试精度和应用范围。三、 波纹管材质的影响在交通工程中，孔道主要采用2类波纹管，即铁皮和PVC波纹管。尽管PVC波纹管在与混凝土间粘结性能等方面要低于铁皮波纹管7，但由于其施工方便因而也得到了广泛的应用。由于阻抗的关系，两类波纹管对弹性波的反射不同，从而对灌浆密实度缺陷的检测也有一定的影响。根据弹性波的反射理论，机械阻抗（即密度、波速与面积的乘积）的变化决定了反射信号大小和相位。铁皮管壁、PVC管壁、混凝土、缺陷的阻抗的大小顺序为：铁皮混凝土PVC缺陷空洞。因此，铁皮波纹管处对弹性波是逆向反射，PVC和缺陷则是正向反射。由于管壁很薄，会出现铁皮波纹管的反射和缺陷处的反射互相抵消，而PVC与缺陷的反射则是相互增强的现象。激振信号铁管反射信号缺陷反射信号叠加反射信号图 3-1 铁皮波纹管反射概念所以，不能仅凭缺陷处的反射信号的强弱来判断，而是要结合等效波速法，即梁底部（壁面）反射信号的传播时间进行综合考虑。表3-1 波纹管材质对缺陷判别的影响波纹管材质波纹管位置反射信号缺陷时梁底反射时间管壁空洞型缺陷整体反射PVC微弱正向正向正向较强延后铁皮微弱反向正向较弱延后无波纹管无正向正向延后四、 测试结果验证受某大型建设集团委托，对位于杭州的某桥梁进行灌浆密实度检测，测试对象为现浇箱梁的箱室隔板管道进行检测。测试部位内部为1根波纹管，板厚度为70cm，波纹管外径为10