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檢測預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度。

檢測混凝土澆筑質(zhì)量(構(gòu)件、試件的強(qiáng)度、模量)。

檢測錨固應(yīng)力。

檢測混凝土結(jié)構(gòu)尺寸及內(nèi)部缺陷。

用于預(yù)應(yīng)力梁質(zhì)量管理,提高工程質(zhì)量。

用于施工過程監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)問題,以便補(bǔ)救或施工質(zhì)量改進(jìn)。

用于施工質(zhì)量檢查。

將錨頭、墊板等簡化為如下的模型。即將錨頭與墊板、墊板與后面的混凝土或巖體的接觸面模型化成如下的彈簧支撐體系。

該彈簧體系的剛性 與張力(有效預(yù)應(yīng)力)有關(guān),當(dāng)然張力越大, 也越大。另一方面,在錨頭激振誘發(fā)的系統(tǒng)基礎(chǔ)自振頻率 可以簡化表示為:

在上式中,如果 為一常值,那么根據(jù)測試的基頻 即可較容易地測出張力。然而,通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),埋入式錨索在錨頭激振時,其誘發(fā)的振動體系并非固定不變,而是會隨著錨固力的變化而變化。錨固力越大,參與自由振動的質(zhì)量也就越大。

在此基礎(chǔ)上,建立基于"等效質(zhì)量"原理的有效張力測試?yán)碚摵蜏y試方法。利用激振錘(力錘)敲擊錨頭,并通過粘貼在錨頭上的傳感器拾取錨頭的振動響應(yīng),從而能夠快速、簡單地測試錨索(桿)的現(xiàn)有張力。

密實(shí)度檢測

預(yù)應(yīng)力梁:通過彈性波的傳播、反射特性,可以對預(yù)應(yīng)力梁的孔道灌漿密實(shí)度進(jìn)行定性檢測和定位檢測。

定性測試

定性測試包括全長衰減法(FLEA)、全長波速法(FLPV)和傳遞函數(shù)法(PFTF)。這3種方法可以在一次測試中同時完成,通過相互之間的印證,可以提高測試精度。

1、全長衰減法(FLEA)

一般情況下,能量比越小,灌漿越密實(shí)。如果孔道灌漿密實(shí)度較高,能量在傳播過程中逸散的越多,衰減較大。如果孔道灌漿密實(shí)度較低,能量在傳播過程逸散較少,衰減較小。 因此,通過精密地測試能量的衰減,即可以推測灌漿質(zhì)量。

2、全長波速法(FLPV)

通過測試彈性波經(jīng)過錨索的傳播時間,并結(jié)合錨索的距離計(jì)算出彈性波經(jīng)過錨索的波速。通過波速的變化來判斷預(yù)應(yīng)力管道灌漿密實(shí)度情況。一般情況下波速與灌漿密實(shí)度有相關(guān)性,隨著灌漿密實(shí)度測增加波速是逐漸減小,當(dāng)灌漿密實(shí)度達(dá)到100%時,測試的錨索的P波波速接近混凝土中的P波波速。

3、傳遞函數(shù)法(PFTF)

在預(yù)應(yīng)力梁的一端激振,如果接收端存在不密實(shí)情況,會在接收端產(chǎn)生高頻振蕩。因此,通過對比接收信號與激發(fā)信號相關(guān)部分的頻率變化,可以判定錨頭兩端附近的缺陷情況。此外,該方法測試的區(qū)域(錨頭附近的鋼絞線),恰恰是定位測試(IEEV)法較為困難的測試區(qū)域。

當(dāng)然,在激振端附近的鋼絞線也存在灌漿不密實(shí)現(xiàn)象時,激振端的傳感器拾取的振動信號的頻率也會增加。 4) 灌漿指數(shù)

上述各定性測試方法各有特色,盡管測試原理不同,但測試方法完全一樣。因此,根據(jù)一次的測試數(shù)據(jù)可以同時得到3種方法的測試結(jié)果。

灌漿密實(shí)度定性測試方法比較

為了定性測試的結(jié)果定量化,引入了灌漿指數(shù)If。當(dāng)灌漿飽滿時,If=1,而完全未灌時,If=0。因此,上述各方法可得到相應(yīng)的灌漿指數(shù)。同時,綜合灌漿指數(shù)可以定義為:

只要某一項(xiàng)的灌漿指數(shù)較低,綜合灌漿指數(shù)就會有較明顯的反映。通常,灌漿指數(shù)大于0.95一般意味著灌漿質(zhì)量較好,而灌漿指數(shù)低于0.85則表明灌漿質(zhì)量較差。

此外,灌漿指數(shù)是根據(jù)基準(zhǔn)值而自動計(jì)算的,因此,基準(zhǔn)值的選定是非常重要的。不同形式的錨具、梁的形式以及孔道的位置都會對基準(zhǔn)值產(chǎn)生影響,所用在條件許可時,進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定或通過大量的測試并結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法確定基準(zhǔn)值是非常理想的。

灌漿指數(shù)的基準(zhǔn)值

定位測試

根據(jù)定性測試的結(jié)果,對有缺陷的管道再利用沖擊回波等效波速法(IEEV)對管道灌漿缺陷進(jìn)行定位測試。定位測試沿著管道的上方或側(cè)方,以掃描的形式連續(xù)測試(激振和受信),通過反射信號的特性測試管道內(nèi)灌漿的狀況。

IEEV法利用在波紋管上部激振時,根據(jù)彈性波的反射特性來判斷缺陷的具體位置。當(dāng)管道灌漿存在缺陷時,

1、激振的彈性波在缺陷處會產(chǎn)生反射;

2、激振的彈性波從梁底部反射回來所用的時間比灌漿密實(shí)的地方為長,即用梁長得到的等效波速慢。

根據(jù)反射信號及等效速度的特點(diǎn),不僅能夠檢測缺陷的位置,還可以推斷灌漿缺陷的類型(空洞型或松散型)和規(guī)模大小。

缺陷類型的區(qū)分

孔道檢測

橫(豎)向預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度的檢測方法與巖錨桿測試類似。所不同的是,在橋梁中,橫向預(yù)應(yīng)力常常采用的是錨索。與錨桿相比,在錨索中傳播的彈性波衰減及振動干擾更大,因此不能套用巖土錨桿的檢測方法。

基于振動頻率的測試方法。

對于橫向預(yù)應(yīng)力錨索,外力激振后會引起鋼絞線的自由振動。當(dāng)未灌漿時,鋼絞線處于自由狀況,其自振頻率較高。而灌漿飽滿時,由于附加質(zhì)量的影響,其自振頻率會有明顯的降低。

基于能量衰減的測試方法

對于橫向預(yù)應(yīng)力錨索和豎向預(yù)應(yīng)力錨桿,外力激振信號的衰減速度與灌漿密實(shí)度有較大的關(guān)系。當(dāng)未灌漿時,錨索(桿)中的彈性波逸散面小,能量衰減慢,因此其振動持續(xù)時間長。而灌漿飽滿時,彈性波逸散面大,能量衰減快,因此其振動持續(xù)時間短。

長度檢測

基于彈性波的反射特性檢測錨索(桿)長度,在錨索(桿)露出端上激振與受信,根據(jù)反射信號的位置來測試錨索(桿)長度。

材質(zhì)測試

針對混凝土質(zhì)量的檢測與灌漿密實(shí)度一樣,也是采用沖擊彈性波作為測試媒介。通過測試彈性波的波速,據(jù)此計(jì)算材料的動彈性模量和推算相應(yīng)的靜彈模,進(jìn)而根據(jù)彈模與壓縮強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系推算混凝土的抗壓強(qiáng)度。對于1維均質(zhì)彈性體,其彈性模量與彈性波P波波速的關(guān)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(dāng)測試對象為2維或3維時,P波速度有一定的變化。

2維:

一般來說,一維、二維、三維波速比為1:1.02:1.05。需要指出的是,上面得到的是材料在小應(yīng)變條件下的動彈性模量,而非靜彈性模量。對于鋼材這樣的均質(zhì)彈性材料, 動模與靜模 非常接近,而對于混凝土這樣的非線性材料而言, 兩者之間則有一定的差異。根據(jù)Edward教授以及我們的研究成果,常用的混凝土彈性模量 與 間有下述關(guān)系:

而對于混凝土的抗壓強(qiáng)度Sc,其與Ec間有較好的相關(guān)關(guān)系。根據(jù)ASTM的統(tǒng)計(jì),對于相同配比的混凝土,該相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.95。

由于測試對象和測試位置的不同,該儀器集成了多種測試方法。

單面重復(fù)反射法(沖擊回波法)

在被測混凝土結(jié)構(gòu)的壁厚既知的前提下,利用彈性波的重復(fù)反射,可測出彈性波在被測混凝土試件的傳播時間和彈性波波速,從而計(jì)算出混凝土的彈性模量,進(jìn)而能夠推算混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)。該方法也稱"沖擊回波法",具有測試效率高、測試結(jié)果客觀性強(qiáng)的特點(diǎn),可優(yōu)先采用。

單面?zhèn)鞑シ?/P>

在混凝土壁厚未知時,可在同一表面測P波,從而推算混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)。

雙面透過法(透射法)

針對梁的整體,采用雙面透過法的方法,可以測試整個梁長的彈性模量。

混凝土梁彈性模量測試方法比較

結(jié)構(gòu)尺寸檢測

主要采用單面反射法(沖擊回波法)。根據(jù)尺寸的大小、激振波長和能量的強(qiáng)弱,又可以分為單一反射法和重復(fù)反射法。

單一反射法

當(dāng)測試對象較厚,激振信號與反射信號能夠分離時,通過抽取從結(jié)構(gòu)底部的反射信號,根據(jù)反射時間和波速即可測出對象的厚度。

重復(fù)反射法

當(dāng)測試對象較薄,激振信號與反射信號不能很好分離時,通過頻譜分析的方法可以算出一次反射的時間(即周期),據(jù)此和波速即可測出對象的厚度。

混凝土缺陷

彈性波雷達(dá)掃描技術(shù)(EWR)

沿測試對象表面連續(xù)激發(fā)彈性波信號,信號在遇到空洞等疏松介質(zhì)時會產(chǎn)生反射。通過抽取該反射信號并進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理,即可識別結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷。

彈性波計(jì)算機(jī)層析掃描技術(shù)(CT)

在醫(yī)療領(lǐng)域中,CT(ComPUter TomogrAPhy)是非常有效的無損檢測技術(shù)。我們開發(fā)的彈性波CT的原理與醫(yī)療CT基本相同,所不同的是所用的媒介是彈性波而不是X光,采用的參數(shù)是波速,而不是衰減。

對于需要處理的缺陷需要材料可以選擇:

原配漿料 對于較大缺陷和孔道兩端灌漿不足,可用原配漿料進(jìn)行鉆孔注漿或補(bǔ)漿。

環(huán)氧樹脂材料 環(huán)氧樹脂材料具有密實(shí)、抗水、抗?jié)B漏好、強(qiáng)度高、附著力強(qiáng)等特點(diǎn),可以作為快速修補(bǔ)材料,加固的灌漿材料用于孔道灌漿小范缺陷處理。

聚氨酯材料 在工程建筑中,聚氨酯材料可作為密封膠、粘合劑、防水堵漏劑等使用,對于有水的孔道灌漿小缺陷也可以使用該材料來修補(bǔ);

聚合物防水砂漿 聚合物防水砂漿主要用于鉆孔注漿后注漿孔的修復(fù)。

缺陷處理需要注意以下幾點(diǎn):

對于小缺陷只需要打一個孔,重新注漿;

對于較大缺陷需要打兩個孔,一個為注漿孔,另一個為排氣孔,注漿從下方孔進(jìn)行;

鉆孔注意避開鋼筋,宜用鋼筋掃描儀或混凝土雷達(dá)事先對鋼筋定位;

重注漿后注漿孔要處理好,注意防水。對重注漿孔采用速凝混凝土、樹脂材料或微膨脹材料修補(bǔ)后,應(yīng)在表面涂上防水材料。如聚氨酯、彈性涂膜防水材料,聚合物水泥膏、聚合物薄膜(粘貼)等。

為了確保重注漿充滿,在注漿后約半小時可以對每個注漿孔再次補(bǔ)漿。

混凝缺陷

根據(jù)不同的缺陷類型采用相應(yīng)的處理方法。

混凝土質(zhì)量整體較差;因?yàn)橛绊懻�體承載力,因此需要參考設(shè)計(jì)資料,對梁進(jìn)行整體加固;

出現(xiàn)開裂:根據(jù)裂縫的深度、位置,首先需要明確裂縫的成因(通常有干縮、應(yīng)力、溫度等原因),其次根據(jù)裂縫成因采取表面封閉(干縮、溫度裂縫),碳素纖維或鋼板加固(應(yīng)力裂縫)。裂縫嚴(yán)重時,可能需要考慮廢梁;

表面蜂窩及內(nèi)部空洞:根據(jù)缺陷位置和大小,判斷其對梁的整體性性能的影響程度。程度輕微時可做表面處理,嚴(yán)重時考慮局部加固,特別嚴(yán)重時,需考慮廢梁。

預(yù)應(yīng)力不足

對于沒有灌漿的情況下出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失,可以退出現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力鋼絞線,重新穿入新的鋼絞線進(jìn)行二次張拉。

對于已經(jīng)灌漿的預(yù)應(yīng)力孔道目前沒有特別有效的處理方式,可考慮體外預(yù)應(yīng)力加固,嚴(yán)重時考慮廢梁。