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摘要：将超声法检测术应用到钢管混凝土缺陷分析中，适用性强。文章结合具体工程背景，深入探讨钢管混凝土缺陷检测及分析过程，对该过程中存在的各类问题加以总结，并提出相关注意事项，发挥声时修正技术优势，将钢管壁厚对缺陷检测准确度的干扰降到最低，达到良好的实验效果。
关键词：超声法；钢管混凝土；缺陷；构件尺寸
前言
钢管混凝土作为组合结构，是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。其原理如下：侧向受压状态，使混凝土抗压强度增加，加之，钢管刚度高，使结构承载力、稳固性等比较强。该结构中，无论结构受力，还是安全评估工作，都受混凝土密实度干扰。结合具体规范，检测钢管混凝土柱密实性，保障混凝土实体质量，为其提供数据基础。超声法作为无损检测方法，在钢管混凝土缺陷分析过程中，适用性强，使内部缺陷数据更加直观，增加了结构完整性，既经济又便利。
1.工程背景
该工程中，选用镜框架高层钢混结构，箱型柱，把内隔板设置在端头位置，牛腿节点位置没有横向内隔板。如图1所示，现场柱结构示意图。将自密实混凝土灌进钢柱中，浇筑工作结束后，各段柱为一浇筑批次。在柱内插入振动棒，继而开展浇筑工作，浇筑与振捣同步进行。密实度检测安排在一周之后，以免发生结合面脱空情况。
图1 现场柱结构示意图
2.超声法检测钢管混凝土缺陷原理
检测钢管混凝土缺陷时，应用超声投射波法。实操中，超声波经一侧发射探头发出后，通过钢管混凝土，传至另一端。超声波传输中，遇到问题，声波会发生反射，继而出现能量衰减情况，另外一部分会规避缺陷，被另一端接收探头接收。判断钢管混凝土缺陷，需要经历复杂的过程，接收到超声波声学参数平均值后，统计计算标准偏差，判别异常，依据波形曲线首波、波幅频率变化情况，把缺陷情况确定下来。在钢管混凝土密实度检测中，应用超声法，非常讲究，可细分为对测法、斜测法、钻孔测法等[1]。上述工程案例中，优选对测法，对声学参数进行采集，整理，再参考敲击法结果，进行相关分析。如图2所示，常规钢管混凝土对测法示意图。
图2 常规钢管混凝土对测法示意图
3.模拟对比试验过程
借助专业实验形式，对钢管混凝土无缺陷和脱空时检测工作进行对比，并将其应用到数据分析工作中，以此对有效波形、脱空现象无效数据进行科学区分。选取2块规格一样的钢板，在中间放置相同混凝土试块，分别使用不同方式处理。在实验组中，使用黄油，按压混凝土和钢板接触面，使之耦合，达到良好的黏结效果。在对照组中，二者模拟脱空。依次检测两组试件密实度，获得实验数据[2]。通过波形对比，可知：倘若钢管混凝土密实度好，不存在缺陷，波形采集效果非常好，首波清晰，波幅稳定。反之，则发生超声波短路情况，波形毫无章法，不能够对有效波形进行采集。
4.超声法检测钢管混凝土缺陷特征
结合以往工程实践，检测钢管混凝土密实度时，对超声法波形特征、钢管混凝土缺陷总结如下：在密实钢管混凝土中，首波声时正常，波形具备等间隔规则、周期振动特征，波幅稳定性强，不存在畸变情况；以钢隔板区钢管混凝土为检测对象，首波声时非常短，以纵波形式存在于隔板中，速度快，幅度低，波幅前、后均有衰减情况；当钢管混凝土局部有小蜂窝、离析情况时，无论首波声时，还是波速都比较低，幅度大，且波形杂乱；当其存在脱空、胶结不良现象时，波速不高，波幅不密集，无规律，除了首波脉冲较宽之外，脱空过程中，也不会发生明显的首波情况；假使钢管混凝土中，存在内部孔洞情况，首波声时长，无论波速，还是波幅都非常低，后面的一些波形有规律可循。
5.实验检测数据分析
发挥超声波处理软件功能及优势，分析实验过程中的各类相关数据。该过程中，需要采用专业方法，科学修正超声首波声时。钢管声阻抗与混凝土存在明显差别，之所以要修正首波声时，目的在于改变仪器检测到的声时，使之以混凝土内传播声时形式存在，并将壁厚因素干扰排除掉。当超声波以钢管混凝土为介质传播时，会依次经过混凝土、钢管，信号由超声仪接收到之后，声时细分为两部分。超声波以钢管混凝土为介质，对首波声时进行传播时，公式如下：
（1）
上式中，T和tc分别指代超声波在钢管混凝土和混凝土中传播的首波声时，d表示钢管壁厚，Cs有特定取值（5900·S-1），表示钢管内超声波的投射传播速度。采用专业方法，将混凝土部分传播的首波声时作为重点修正对象，使之为 
。
本工程中，与各钢管壁厚对应的首波修正值已知。假使在数据采集中，测距为200mm，首波声时和钢管壁厚分别是51.2μs和8mm，修正声时2.7μs，得出混凝土内部超声波的首波声时，再依托首波声时修正，将混凝土内超声波传播的理论波速计算出来。对这一测点而言，其波形曲线中，除了有清晰的首波之外，波形间隔相等，具备规则、周期振动特性，波幅始终处于稳定状态，也不存在畸变情况，表明混凝土波形无异常。
发挥软件优势，处理超声波数据，使声速、波幅、标准偏差等各指标处于已知状态。当曲线显示异常，依据测点部位及相关数据，开展分析工作。经采集，发现波形良好、首波清晰、幅度稳定，表明钢管混凝土密实度达标，无缺陷。当混凝土、钢管壁处于结合状态，但二者黏结不良，会出现明显异常。诸如，声时长、波速低，首波脉冲过宽等。一旦发生脱空，直观呈现形式为：超声波断路，传播介质的声阻抗波动明显，能量受损，很难通过采集，得到有效波形。空洞问题在钢管混凝土中非常常见，一旦发生这种情况，除了声时大、波幅低之外，一部分波形具备规律性[3]。选择科学的方法，灵活预估空洞缺陷。缺陷不同，波幅变动也存在差异。故而，实验分析过程中，既要考量首波声时、速度，还要兼顾波幅这一要素，达到预期实验效果。
选定钢管混凝土作为对象，修正首波声时，其测距相同，壁厚各异，把混凝土中超声波的传播速度确定下来，壁厚越大，首波声时越大。实验表明，在钢管混凝土缺陷检测中，应用超声法，其精确度会受壁厚干扰。修正首波声时，把混凝土中超声波传播声速确定下来，这在误差控制中非常有效，能够得出准确的缺陷判断结果。
工程实践中，将检测批次确定为9个，各批次中，构件数量为5，把有效首波波速平均值确定下来。完成声时修正工作后，在合理范围内，对其进行控制。除了存在些微离散情况外，测点有效波形也非常清楚，拥有稳定幅度，无不密实情况。由实验结果可知，钢柱与楼板面交接位置、后焊接节点、焊接位置隔板区域等，都会发生钢管壁与混凝土脱空情况，并因局部受热，导致管壁、混凝土分离。经钻孔高压注胶处理，再次进行实验操作。
6.超声法检测钢管混凝土注意事项
首先，熟悉混凝土浇筑工艺及实施过程，对钢管柱结构形式具备清晰的认识和了解，继而在钢管混凝土缺陷检测工作中，使用超声法。上述工作有效保证了测点位置准确，便于得出准确的实验结果，使缺陷分析工作更加顺利。其次，选择敲击法，对脱空位置进行确定，把测点布置在钢管、混凝土胶结性好的地方。一旦敲击过程中有大范围空响情况，在第一时间高压注胶，确定混凝土表层不存在锈蚀问题。第三，测点布置过程中，除了考量构件尺寸外，还要兼顾外观质量。依据钢管边长，使用墨线把等间距网格画在对测面上，间距以10-30cm为宜，测点位置选定为网格线交点，并编序，严禁在隔板、焊缝位置布点。第四，将黄油作为耦合剂，均匀涂抹在每一个测点，确保发射探头、钢管柱壁处于最佳耦合状态，而耦合剂要适量，可覆住探头接触面。执行检测工作时，把探头压紧，为超声波营造良好传递环境[4]。第五，数据采集过程中，探头与柱壁保持垂直，且与测面在同一水平线上，继而对波形进行逐点采集，把各类波形参照指标确定下来，保证各类实验数据及测量结果准确。
7.结语
综上，在钢管混凝土缺陷检测过程中，选用超声法，既要熟悉构件结构，还要明确混凝土浇筑流程，测点依结构类型而定，通过模拟对比，确定实验思路，继而科学判断有效波形。同时，还要关注脱空处理，使缺陷检测工作更加科学，并以钻孔高压方式，用修补胶注入脱空位置，确保柱壁和混凝土达到良好的耦合效果，明确相关注意事项，使实验过程更加准确，确定钢管混凝土缺陷，在第一时间解决。
参考文献：
[1]郭建明，李小龙.超声波法在钢管混凝土质量检测中的应用研究[J].科技风，2015（24）：152-152.
[2]陈逵，李骅庚，等.超声法检测建筑工程钢管混凝土缺陷试验研究[J].施工技术，2017，46（3）：65-68.
[3]李振平.浅谈超声波法在钢管混凝土检测中的应用[J].科学技术创新，2016（28）：224-224.
[4]董军锋，王耀南，等.超声波检测矩形钢管混凝土脱空缺陷的研究[J].建筑科学，2018，34（1）：103-107.
论文作者:曹莉
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第36期
论文发表时间:2019/3/20
标签：混凝土论文; 钢管论文; 首波论文; 波形论文; 缺陷论文; 超声波论文; 波幅论文; 《建筑模拟》2018年第36期论文;