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    铁路隧道混凝土强度无损检测新技术

    分类:
    新闻资讯
    发布时间:
    2019/09/04 14:18
    浏览量
    【摘要】:
    主要针对铁路隧道衬砌及大体积混凝土结构,进行快速、准确的强度无损检测。产品以弹性波为介质,可检测结构内部强度情况,拥有超声检测仪、回弹仪无可比拟的优势。 一、弹性模量与强度的基本原理采用冲击弹性波作为检测媒介,通过检测弹性波的波速,计算材料的动弹性模量,根据动弹性模量与抗压强度的相关关系推算混凝土的抗压强度,其核心在于精确地检测混凝土材料的动弹性模量。混凝土的动弹性模量不仅影响到结构的变形,而且也

    主要针对铁路隧道衬砌及大体积混凝土结构,进行快速、准确的强度无损检测。产品以弹性波为介质,可检测结构内部强度情况,拥有超声检测仪、回弹仪无可比拟的优势。

     

    一、弹性模量与强度的基本原理

    采用冲击弹性波作为检测媒介,通过检测弹性波的波速,计算材料的动弹性模量,根据动弹性模量与抗压强度的相关关系推算混凝土的抗压强度,其核心在于精确地检测混凝土材料的动弹性模量。

    混凝土的动弹性模量不仅影响到结构的变形,而且也是反映混凝土质量、耐久性的重要指标:

    1. 可以反映材料的刚性特性,在结构的变形计算中是重要的参数。特别是对于高强度混凝土,简单地采用抗压强度反推弹模的方法往往具有较大的误差;

    2. 混凝土材料的老化往往先从弹模的降低开始,而新建结构的施工不良也会在弹模方面有所显现。

    弹模的检测主要是通过对波速的检测。

    对于1维均质弹性体,其动弹性模Ed与弹性波P波波速Vp1的关系可以表示为:

    其中,ρ为材料的密度,对于混凝土,ρ一般为2400kg/m3左右。当检测对象为2维或3维时,P波速度有一定的变化。

    2维:

    3维:

     

    而对于表面波(瑞利波),其关系可以表示为:

    瑞利波:

     

    一般来说,混凝土的动泊松比为0.2~0.25,其不同波速间的比较如下:

    根据标定数据建立动弹性模量与强度的对应关系,算出混凝土强度值。

     

    二、模量~强度曲线的简易标定方法

    对于大多数结构混凝土,其抗压强度在20~60MPa。在此区间,不同的形状决定系数对回归曲线的影响并不大(如下图)。因此,将设定为一个常数,如5.5,对拟合曲线的精度并不会产生明显的影响。

    由此,需要回归的参数仅一个ΕΑ,再根据最小二乘法,可以很容易对ΕΑ进行回归拟合:

     

    三、标定-弹性模量与强度关系建立

    强度检测需要现场同配比(尤其是骨料)的150mm×150mm×150mm混凝土标准试块3组,先测试每个试块的混凝土的动弹性模量,再将试块做抗压试验,获取每个试块的强度,用以标定,建立弹性模量与抗压强度的对应关系,拟合回归曲线,推导计算公式。

    利用重复反射法测试每个试块的混凝土P波波速,具体过程如下:

    试块厚度Η为已知,在结构表面激发冲击弹性波,通过测试弹性波其在结构底部反射的时间Τ,计算得到冲击弹性波波速Vp

     

    四、面波法(R波法)

    在混凝土厚度较大时,将两个传感器按一定间距成直线布置,在利用激振装置在距离第一个传感器一定距离的位置激振,产生表面波,利用两传感器分别接收面波的时间差来测得面波波速,从而计算出混凝土的弹性模量,进而能够推算混凝土的强度指标。

    面波法影响深度范围为1.5倍激振波长范围,可以综合反应测试位置整个衬砌厚度范围内的混凝土强度。

     

    五、检测现场及结果比对

    测试现场图▲

    测试现场图▲

    在实际大量的铁路隧道检测中,配合无损检测和钻芯取样,对本技术的精度、适用性等进行了验证。结果表明,该方法能够较好地推定混凝土强度(表层及内部),而且对裂缝等损伤敏感,其推定精度远优于回弹仪。

    如图,回弹仪的测试强度完全无法反应真实的混凝土强度。

    本技术测试强度与钻芯压载强度比较▲

    本技术测试强度与钻芯压载强度比较

    回弹仪测试强度与钻芯压载强度比较▲

    混凝土强度沿深度分布曲线▲

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    铁路隧道混凝土强度无损检测新技术

    浏览量
    【摘要】:
    主要针对铁路隧道衬砌及大体积混凝土结构,进行快速、准确的强度无损检测。产品以弹性波为介质,可检测结构内部强度情况,拥有超声检测仪、回弹仪无可比拟的优势。 一、弹性模量与强度的基本原理采用冲击弹性波作为检测媒介,通过检测弹性波的波速,计算材料的动弹性模量,根据动弹性模量与抗压强度的相关关系推算混凝土的抗压强度,其核心在于精确地检测混凝土材料的动弹性模量。混凝土的动弹性模量不仅影响到结构的变形,而且也

    主要针对铁路隧道衬砌及大体积混凝土结构,进行快速、准确的强度无损检测。产品以弹性波为介质,可检测结构内部强度情况,拥有超声检测仪、回弹仪无可比拟的优势。

     

    一、弹性模量与强度的基本原理

    采用冲击弹性波作为检测媒介,通过检测弹性波的波速,计算材料的动弹性模量,根据动弹性模量与抗压强度的相关关系推算混凝土的抗压强度,其核心在于精确地检测混凝土材料的动弹性模量。

    混凝土的动弹性模量不仅影响到结构的变形,而且也是反映混凝土质量、耐久性的重要指标:

    1. 可以反映材料的刚性特性,在结构的变形计算中是重要的参数。特别是对于高强度混凝土,简单地采用抗压强度反推弹模的方法往往具有较大的误差;

    2. 混凝土材料的老化往往先从弹模的降低开始,而新建结构的施工不良也会在弹模方面有所显现。

    弹模的检测主要是通过对波速的检测。

    对于1维均质弹性体,其动弹性模Ed与弹性波P波波速Vp1的关系可以表示为:

    其中,ρ为材料的密度,对于混凝土,ρ一般为2400kg/m3左右。当检测对象为2维或3维时,P波速度有一定的变化。

    2维:

    3维:

     

    而对于表面波(瑞利波),其关系可以表示为:

    瑞利波:

     

    一般来说,混凝土的动泊松比为0.2~0.25,其不同波速间的比较如下:

    根据标定数据建立动弹性模量与强度的对应关系,算出混凝土强度值。

     

    二、模量~强度曲线的简易标定方法

    对于大多数结构混凝土,其抗压强度在20~60MPa。在此区间,不同的形状决定系数对回归曲线的影响并不大(如下图)。因此,将设定为一个常数,如5.5,对拟合曲线的精度并不会产生明显的影响。

    由此,需要回归的参数仅一个ΕΑ,再根据最小二乘法,可以很容易对ΕΑ进行回归拟合:

     

    三、标定-弹性模量与强度关系建立

    强度检测需要现场同配比(尤其是骨料)的150mm×150mm×150mm混凝土标准试块3组,先测试每个试块的混凝土的动弹性模量,再将试块做抗压试验,获取每个试块的强度,用以标定,建立弹性模量与抗压强度的对应关系,拟合回归曲线,推导计算公式。

    利用重复反射法测试每个试块的混凝土P波波速,具体过程如下:

    试块厚度Η为已知,在结构表面激发冲击弹性波,通过测试弹性波其在结构底部反射的时间Τ,计算得到冲击弹性波波速Vp

     

    四、面波法(R波法)

    在混凝土厚度较大时,将两个传感器按一定间距成直线布置,在利用激振装置在距离第一个传感器一定距离的位置激振,产生表面波,利用两传感器分别接收面波的时间差来测得面波波速,从而计算出混凝土的弹性模量,进而能够推算混凝土的强度指标。

    面波法影响深度范围为1.5倍激振波长范围,可以综合反应测试位置整个衬砌厚度范围内的混凝土强度。

     

    五、检测现场及结果比对

    测试现场图▲

    测试现场图▲

    在实际大量的铁路隧道检测中,配合无损检测和钻芯取样,对本技术的精度、适用性等进行了验证。结果表明,该方法能够较好地推定混凝土强度(表层及内部),而且对裂缝等损伤敏感,其推定精度远优于回弹仪。

    如图,回弹仪的测试强度完全无法反应真实的混凝土强度。

    本技术测试强度与钻芯压载强度比较▲

    本技术测试强度与钻芯压载强度比较

    回弹仪测试强度与钻芯压载强度比较▲

    混凝土强度沿深度分布曲线▲