冲击回波法无损检测技术思考范文

1冲击回波法检测基本原理

垂直入射的反射系数R由(1)式给出。其中Z1、Z2表示材料1和材料2的波阻抗，表1给出几种典型材料的波阻抗参数值。由表1可知，当弹性波由混凝土入射到空气界面时，由于空气阻抗远小于混凝土，即R≈1，表明弹性波基本全部反射，产生一反射波，反射波传回混凝土表面，并被贴合在激振点附近的压电式加速度传感器接收，转换成电信号，经放大后存储于计算机中。因为纵波为信号中的主要部分，因此厚度频率的幅值峰在频谱图中可以清晰读取。依据弹性波速度Vp和回波频率，利用公式(2)计算得到混凝土厚度或缺陷位置。

1．1时域分析根据采集的信号来获得缺陷或结构底面的反射波的经历时长(tr)，并依据应力波在砼结构中的传播速度(VP)，由式3可得混凝土梁厚度及缺陷深度。

1．2频域分析将所记录的数据信号通过快速傅里叶变换(FFT)转换到频域中进行处理，得到振幅谱图，幅值谱图中会出现不同的峰值，为冲击界面、缺陷及相异材质间多次反射产生的瞬态共振所产生，且其结果更稳定，所以后面分析将采用频域分析的方法。混凝土梁厚度及缺陷深度计算公式如式4。

1．3波速确定波速确定采用“直接确定法”［5］，使用已知厚度位置的混凝土结构进行标定，确定其传播反射经时，按式2确定，采用频率一般可以覆盖现场检测的需要。

2检测过程

2．1检测设备实验采用的是四川升拓责任有限公司生产的预应力混凝土梁多功能检测仪SPC－MATS，其主要由传感器，放大器和主机构成，核心是数据采集和分析系统。激振方式采用不同直接钢球敲击，同一被测介质，直径越小的钢球，激振产生的应力波频谱成份越丰富，且高频成份较多，适应于检测较薄的板。直径越大，产生的应力波低频成分较多，能检测厚度较大的板［6］。而传感器是采用压电式加速度传感器，频域更宽，手持式让使用更加方便。

2．2试验模型制作

2．2.1厚度测试模型制作混凝土按C50配合比进行配置，分别制作尺寸为250mm×400mm×1000mm，350m×400mm×1000mm两种尺寸模型梁，配有Φ24纵向钢筋和Φ8箍筋，浇筑养护，达到龄期后进行测试［7］。利用冲击回波法对每个面进行了三点检验［8］，并对该点进行钻孔验证，同尺寸面六个(正反)测试点波形基本相同，实测混凝土厚度结果如下表2，频谱图见图1。由图1蓝线位置可以看出明显的反射，是弹性波到达混凝土空气界面所产生的反射，即为梁底反射，反射经时可直接从图上读出，计算平均厚度分别为250mm、351mm、405mm，与钻孔验证结果相比，误差小于5%。

2．2.2混凝土内部缺陷检测模型制作混凝土按C50配合比进行拌制，尺寸为500mm×500mm×1000mm，配有Φ24纵向钢筋和少量构造筋，其中预先设置泡沫和空管模拟缺陷，绑扎固定在一根梁中心线穿过的纵向钢筋上，尺寸及位置如下图2所示。在实体面上布测试线，横线9条纵线18条，网格为50mm×50mm。图3和图4为用仪器所检测处理出的典型测试结果频谱图。由图3看出清晰的梁底频谱反射，图中蓝色线标出，由此位置反射经时得出板体厚度。由图4与图3对比可以推定，梁体明显可以看出三处缺陷，所推定的缺陷大小依次为62cm、98cm、155cm与实际预设50cm、100cm、150cm，基本相同。缺陷位置稍有偏差，原因可能为振捣过程导致预设泡沫脱离，偏移所致。

3应用实例

检测对象为某梁厂一变截面预制箱梁，设计腹板厚度为48cm，对其腹板厚度及内部缺陷进行测试，厚度测试结果见表3，检测频谱图见图3。测试结果表明:冲击回波法的测试梁体厚度误差小于5%，检测所得频谱图能有明显梁底反射，在距检测端头2.42m～2.49m处有明显反射提前，识别为内部缺陷。

4结论

(1)冲击回波法检测方法操作简单，只需要单一测试面完成检测，检测速度快，在实际工程中可操作性强。(2)利用不同材质波阻抗不同的反射原理，冲击回波法能有效的检测预制混凝土梁板的厚度，误差满足要求，可用于实际工程检测。(3)试验结果表明，仪器所得弹性波的传播特性与混凝土内部损伤有很好的相关性，依据频谱图能读出预制混凝土梁板内部缺陷，并且能确定其大至位置。(4)混凝土中缺陷的情况复杂，冲击弹性波在其中的传播也比较复杂，仍需要进一步对复杂缺陷的波形频谱响应与缺陷的相关性进行研究，以便冲击弹性波这种方法能更好的应用于实际工程。

作者：熊尽柯 郭亮 单位：中铁二十四局集团贵溪桥梁厂有限公司 南昌航空大学 土木建筑学院