钢管混凝土构件管壁与混凝土界面剥离缺陷检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢管混凝土构件管壁与混凝土界面剥离缺陷检测方法，在钢管混凝土构件内部埋入嵌入式压电功能元件；对嵌入式压电功能元件施加不同频率幅值不变的交流电压，测量嵌入式压电功能元件在不同频率下的机电耦合阻抗模值；比较测量结果与钢管混凝土构件中无剥离缺陷位置的嵌入式压电功能元件的阻抗模值；计算各个嵌入式压电功能元件对应位置的损伤指标的大小，根据钢管混凝土构件内嵌入式压电功能元件所在位置管壁与混凝土的界面粘结情况，判断有无界面剥离缺陷。本发明能精确快速地找到无法直接触及且通过肉眼无法直接观察的钢管混凝土构件内部管壁与混凝土粘结界面剥离缺陷的位置和范围。
【专利说明】钢管混凝土构件管壁与混凝土界面剥离缺陷检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢管混凝土构件管壁与混凝土界面剥离缺陷检测方法，尤其适合无法直接触及且肉眼无法直接观测的钢管混凝土构件内部管壁与混凝土界面剥离缺陷的检测。
【背景技术】
[0002]钢管混凝土结构具有承载力高、抗震性能好等优点，是目前我国超高层建筑广泛采用的结构型式，在大跨桥梁中也广泛采用钢管混凝土构件作为主要承重构件。钢管混凝土构件的良好力学性能主要依赖于钢管对混凝土的约束作用。一旦管壁与混凝土之间出现界面脱空现象将严重影响钢管混凝土构件的力学性能。而一般钢管混凝土构件横截面大，混凝土在施工时无法有效振捣，大体积混凝土水化过程中水化热大，混凝土硬化后收缩的可能性大，钢管混凝土构件的管壁与混凝土的界面粘结状况是普遍关心的问题。
[0003]在一般情况下对钢管混凝土构件的缺陷和损伤检测，主要集中在对混凝土的完整性检测上。我国现行的《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS21:2000)对钢管混凝土柱的缺陷检测就仅集中在混凝土的缺陷的检测上。而且该规程明确指出，该规程中所提出的检测方法仅适用于“管壁与混凝土胶结良好”的钢管混凝土的缺陷检测。也就是说，对于钢管混凝土构件的界面粘结情况存在缺陷的情况，该标准将无法进行钢管混凝土构件混凝土的缺陷检测。而且，以上我国现行的超声波检测规程中还没有涉及针对钢管混凝土界面剥离缺陷检测的技术手段。目前，对钢管混凝土构件的管壁与混凝土之间的界面粘结状况的检测尚无现存的国家规范或者技术规程的可以遵循。
[0004]发明专利《基于压电陶瓷和小波包分析的钢管混凝土构件钢管壁剥离监测方法》(ZL201010544540.8)公开了一种基于压电陶瓷和小波包分析的钢管混凝土构件钢管壁剥离监测方法。该方法在钢管混凝土内部埋入的嵌入式压电智能元件作为激励器，利用在钢管外壁上粘贴多个压电陶瓷片作为传感器测量从激励器产生并经过混凝土、粘结界面和钢管壁传播而来的应力波，对钢管壁上压电陶瓷片传感器在应力波作用下产生的电信号进行小波包分析，定义基于测量信号小波包分析结果的能量指标，对钢管壁上各个压电陶瓷片传感器所在位置的钢管壁粘结状态进行评估。该方法同时需要激励器和传感器，需要对信号时程进行小波包分析，计算较为复杂。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种钢管混凝土构件管壁与混凝土界面剥离缺陷检测方法，对钢管混凝土构件管壁与混凝土的界面剥离缺陷进行高灵敏度、高准确性的检测。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种钢管混凝土构件管壁与混凝土界面剥离缺陷检测方法，该方法包括以下步骤:
[0007]I)在钢管混凝土构件混凝土浇筑前，紧靠钢管内壁预先设置嵌入式压电功能元件，保证混凝土浇筑完毕后，压电功能元件被嵌入混凝土中；
[0008]2)将与上述嵌入式压电功能元件的压电陶瓷片正负极相连的导线引出钢管混凝土构件，对所述压电陶瓷片施加不同频率的恒幅交流电压，测量嵌入式压电功能元件与混凝土、钢管壁构成的机电耦合系统在不同频率下的阻抗模值；
[0009]3)选择钢管混凝土构件无剥离缺陷位置的嵌入式压电功能元件与混凝土、钢管壁构成的机电耦合系统的阻抗模值作为参考值，定义测量频段上各嵌入式压电功能元件测量所得机电耦合系统的阻抗模值的损伤指标:
【权利要求】
1.一种钢管混凝土构件管壁与混凝土界面剥离缺陷检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 1)在钢管混凝土构件混凝土浇筑前，在靠近钢管内壁位置预先设置嵌入式压电功能元件，保证混凝土浇筑完毕后，压电功能元件被嵌入混凝土中； 2)将与上述嵌入式压电功能元件的压电陶瓷片正负极相连的导线引出钢管混凝土构件，对所述压电陶瓷片施加不同频率的恒幅交流电压，测量嵌入式压电功能元件与混凝土、钢管壁构成的机电耦合系统在不同频率下的阻抗模值； 3)选择钢管混凝土构件无剥离缺陷位置的嵌入式压电功能元件与混凝土、钢管壁构成的机电耦合系统的阻抗模值作为参考值，定义测量频段上各嵌入式压电功能元件测量对应的机电耦合系统的阻抗模值的损伤指标； 4)根据测量频段上各嵌入式压电功能元件测量的机电耦合系统的阻抗测量值对应的损伤指标的大小，判断钢管混凝土构件中嵌入式压电功能元件所在位置钢管壁与混凝土之间的界面粘结情况，然后根据分布在钢管壁的嵌入式压电功能元件的位置，判断界面剥离的范围和程度。
2.根据权利要求1所述的钢管混凝土构件管壁与混凝土界面剥离缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤4)中，损伤指标DI的计算式为:
3.根据权利要求2所述的钢管混凝土构件管壁与混凝土界面剥离缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤4)中，当测量频段上各嵌入式压电功能元件测量的机电耦合系统的阻抗测量值对应的损伤指标小于0.05时，嵌入式压电功能元件所在位置的钢管混凝土构件管壁与混凝土界面没有剥离缺陷；否则，嵌入式压电功能元件所在位置的钢管混凝土构件管壁与混凝土界面有剥离缺陷。
【文档编号】G01N27/02GK103995023SQ201410171462
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】许斌, 陈梦琦 申请人:湖南大学