大跨度钢管混凝土拱桥超声波检测及面向对象数据处理
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第20卷第1期2004年3月长沙交通学院学报JOURNALOFCHANGSHACOMMUNICATIONSUNIVERSITYVol.20No.1Mar.2004
文章编号:1000-9779(2004)01-0001-05
大跨度钢管混凝土拱桥超声波检测及面向对象数据处理
张建仁,吕毅刚,余钱华,张 宏(长沙理工大学,湖南长沙 410076)
摘 要:结合湘西王村钢管混凝土拱桥,论述了钢管混凝土超声波检测的基本原理及钢管混凝土密实程度分析方法。把面向对象程序设计应用到其数据处理当中,具有实际的工程意义。关键词:混凝土;钢管混凝土拱桥;超声波检测;面向对象;程序设计;数据处理中图分类号:U448.22 文献标识码:A Ξ
为了提高钢管混凝土拱肋的抗压能力,常把高强度的混凝土用高压泵输送到钢管中,并使其充满整个钢管。因外表有钢管包裹,混凝土施工时不能进行有效的振捣,浇注好后的混凝土密实程度难以直接检查,为了确保其质量,需对钢管混凝土进行超声波检测[1]。本文用RS-ST01C非金属声波检测仪对湘西王村钢管混凝土拱桥钢管拱肋进行了超声波检测。并采用VisualC
++
6.0语言,基于MFC4.2类
库,编制了在Windows平台上运行的面向对象数据处理程序UltrasonsicExaminationDataDisposal。
1 钢管混凝土超声波检测的基本原理钢管混凝土超声波检测的基本原理[2]是:在钢管外径的一端利用发射换能器产生高频振动,经圆心传向外径另一端的接收换能器,超声波在传播过程中如果遇到由各种缺陷形成的界面时就会改变传播路径和方向,其能量在缺陷处被衰减,造成超声波到达接收换能器的声时、幅值、频率的相对变化,据此对钢管混凝土的质量进行分析判断。钢管混凝土超声波检测必须在相同条件(同一台仪器、同一对收发换能器、同一测距、同一电压及相同测试参数等)相对比较下进行。只有这样,才能根据声时、幅值及频率的相对变化来分析判断钢管混凝土的质量。否则,接收到的声时、幅值及频率变化信号没有可比性,无法对钢管混凝土的质量进行分析判断。检测点布置是否合理也与检测质量紧密相关,一般测点间距为0.2～0.5m。
(a)钢管混凝土无缺陷 (b)钢管混凝土有缺陷 图1 超声波在钢管混凝土中的传播方式
采用超声波对钢管混凝土检测,无缺陷时钢管混凝土声速最大,如图1(a
)
所示;当混凝土脱离管壁或有空洞缺陷时,因超声波绕射和折射,声速变小,如图1(b)所示,但要具体分析使声速变小是由哪类缺陷造成的,还应结合敲击、取芯等方法加以判别。图中:S表示发射换能器;R表示接收换能器;(b)中的1
表示混凝土自身缺陷,2表示脱空缺陷。
Ξ收稿日期:2003-07-17
作者简介:张建仁(1958—),男,博士,长沙理工大学教授.2 面向对象数据处理钢管混凝土声学参数的平均值(
m
x)和标准差(Sx)应按下式计算
:
mx=(6iXi)/n
Sx=(6iX2i-nm2x)/(n-1)(1)
将测位各测点的波幅、声速或主频值由大至小按顺序分别排列,即X1>X2>…>Xn>Xn+1…,将排在后面明显小的数据视为可疑,再将这些数据中最大的一个(假定X
n)连同其前面的数据按(1)式计算出
mx及Sx
的值,并按下式计算异常情况的判断值(
X
0)
:
X0=mx-λ1Sx(2)
式中λ1按规范[3]取值。将判断值(X0)与可疑数据的最大值(Xn)相比较,当Xn不大于X0时,则Xn及排列于其后的数据均为异常值,并且去掉Xn,再用X1～Xn-1进行计算和判别,直至不出异常值为止;当Xn大于X0时,应再将Xn+1放进去重新进行计算和判别。当测位中判出异常测点时,可根据异常测点的分布情况,按X0=mx-λ2Sx或X0=mx-λ3Sx进一步判别其相邻的测点是否为异常值。这里,λ2、λ3按规范[3]取值,当测点布置为网格状时取λ2,当单
排布置测点时取λ3。本文用面向对象的VisualC++6.0语言[4]将钢管混凝土超声波检测的数据进行处理,主要抽象出文档类(classCUltrasonsicExaminationDataDisposalDoc),原始数据输入名称及路径类(classCDataIn2put),数据处理类(classCDataDisposal),主框架类(classCMainFrame),主进程实例创建类(classCUltrasonsicExaminationDataDisposalApp),以及视图类(classCUltrasonsicExaminationDataDisposalView)
等。并做了如图2所示的界面。
(a) (b)图2 UltrasonsicExaminationDataDisposal界面
如果在菜单命令中点击“数据输入”就会出现如图2(a)所示的界面,再点击“浏览”就可以选择你的原始数据文件;如果在菜单命令中点击“超声波检测”就会出现如图2(b)所示的界面,再输入参与统计的测点数,点击“确定”就计算完毕。
3 实际算例湘西王村钢管混凝土拱桥是一座特大型桥梁,主桥为一孔200m(净跨)钢管混凝土中承式肋拱,拱肋断面为横向哑铃形桁式,其横断面与探头布置形式如图3所示;南北引桥分别为5×13m和2×13m
钢筋混凝土空心板桥。在每根上弦拱肋上布设5个区,在每根下弦拱肋上布设3个区。其中第一、五区
2 长 沙 交 通 学 院 学 报 第20卷 图3 断面及探头布置各布设8个测点,第二、三、四区各布设16个测点,每区的测点编号都是从拱脚至拱顶方向编号。其简图如图4所示。在程序中把整个湘西王村钢管混凝土拱桥所测数据按其所处位置分为8组,把原始数据(略)经程序处理后,其出现异常的声速如表1所示。据表1,在施工现场对下游拱肋上弦外侧管第三区(a)12点、下游拱肋上弦内侧管第三区(b)3点、下游拱肋下弦内侧管第三区(c)3点分别进行了环向抽样检查。其抽样数据列于表2。据表2,经计算得到空洞的最大深度分别为10mm、24mm及24mm。在其对应的横截面上,设r为钢管拱拱肋内半径,据
填充度(%)=已填充面积应填充面积×100%=πr2-未填充面积πr2×100%(3)
计算得到其填充度分别为99.97%、98.98%、98.98%,符合设计规范[5]技术要求。经过现场钻芯取样,实际与理论基本相吻合。其抽样布置如图5
所示。
图4 湘西王村钢管混凝土拱桥超声波检测布置简图表1 超声波检测出现异常的声速m/s
上游上弦上游下弦下游上弦下游下弦内管外管内管外管内管外管内管外管r1r2r1r2r1r2r1r2r1r2r1r2r1r2r1r2
3086308628543218348034803311366730453445188934282508366727952818
2807315835902584337732332243250828072739310034112545321832332006224327952498285433602328326430861983200625172807331122963045301819832419273921582584331124102498198325452890238525171932232825742296241919052296241022432410192721582281222923851900198320982296193221792243190520002229192720481900194921651889
3第1期 张建仁等:大跨度钢管混凝土拱桥超声波检测及面向对象数据处理 表2 抽样数据位置环向测点编号移动方向及至中线距离/cm探头间距/mm声时/μs声速/m・
s
-1
a1234567外侧10外侧30外侧55中线内侧10内侧25内侧45748735700750748740716338.7179.2164.9315.6225.4260.6192.42208410242452376331928403721
b123456内侧10内侧25中线外侧10外侧25外侧45748740750748740716189.1167.1331.0267.2281.5257.3395644282266279926292783
c123456内侧10内侧25内侧45中线外侧10外侧25748740716750748740227.6271.6217.7261.7217.7202.3328627253289286634363658
图5 抽样布置 从上面声速的异常情况可知,钢管混凝土拱桥两边对称一次性泵送混凝土时,一般在靠近拱顶的地方出现问题。本文结合湘西王村钢管混凝土拱桥实际经验,摸索出一个重要的结论,即一次性泵送混凝土时,在拱顶处用一块钢板把拱肋分隔开来,防止混凝土泵送到拱顶时出现倒流,这样就提高了施工人员的判断力,从而提高了钢管混凝土的质量。
4 结 语现今,钢管混凝土拱桥作为一种新型桥型正在蓬勃发展。随着跨径的增大,钢管混凝土的质量成为了施工中一道关键的工序。本文结合湘西王村钢管混凝土拱桥检测实践,阐述了钢管混凝土密实程度检测的基本原理和方法要点,并且把面向对象的VisualC
++
6.0语言用到数据处理当中,编译了面向对
象的UltrasonsicExaminationDataDisposal数据处理程序。由于具有可视化的界面,可供有关人员参考。
4 长 沙 交 通 学 院 学 报 第20卷
