橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度分析中超聲回彈綜合法的應(yīng)用探討

項(xiàng) 燁

（吳江建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，蘇州 215200）

橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度分析中超聲回彈綜合法的應(yīng)用探討

項(xiàng) 燁

（吳江建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，蘇州 215200）

本文介紹了超聲回彈綜合法的基本原理，研究了橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度分析中混凝土抗壓強(qiáng)度和回彈值、聲速值之間的關(guān)系，說(shuō)明了超聲回彈綜合法的優(yōu)越性。提出在實(shí)際應(yīng)用中的注意要點(diǎn)。

超聲回彈綜合法 橋梁結(jié)構(gòu) 混凝土強(qiáng)度分析

橋梁是一個(gè)長(zhǎng)期使用的基礎(chǔ)設(shè)施，不斷發(fā)生的橋梁倒塌事故讓橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性得到了工程界越來(lái)越多的重視。對(duì)現(xiàn)有橋梁混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的檢測(cè)在工程界越來(lái)越重要。其重要性體現(xiàn)在兩個(gè)方面。第一，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的檢測(cè)，可以全面評(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性；其次，對(duì)那些還能夠使用的結(jié)構(gòu)物，可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，確定是否有必要采取一定的加固補(bǔ)強(qiáng)措施。為了實(shí)現(xiàn)上述檢測(cè)的目的，在橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中，為了達(dá)到比較理想的檢測(cè)效果，無(wú)損檢測(cè)方法往往是首選[1]。在目前常用的無(wú)損檢測(cè)方法中，超聲回彈綜合法以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用。

一、超聲回彈綜合法原理

超聲回彈綜合法是一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。而有時(shí)候?yàn)榱诉_(dá)到更加精確的檢測(cè)結(jié)果，會(huì)綜合兩種或者兩種以上的無(wú)損檢測(cè)方法去開(kāi)展，并建立混凝土抗壓強(qiáng)度和這多個(gè)物理量之間的相關(guān)關(guān)系，從而利用擬合的測(cè)強(qiáng)曲線來(lái)計(jì)算混凝土的強(qiáng)度。

超聲回彈綜合法利用回彈法來(lái)測(cè)定混凝土的表面硬度，這個(gè)測(cè)量的值就是回彈值。利用超聲儀測(cè)定超聲波在混凝土結(jié)構(gòu)中的傳播時(shí)間，從而計(jì)算出超聲波在混凝土結(jié)構(gòu)中的速度，通過(guò)回彈值和聲速值擬合混凝土結(jié)構(gòu)的測(cè)強(qiáng)曲線，然后可從中推定混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度[2]。其中，聲速值反應(yīng)了混凝土內(nèi)部的密實(shí)度，混凝土強(qiáng)度不同，此時(shí)的密實(shí)度也是不一樣的。從這個(gè)角度來(lái)講，聲速值和混凝土強(qiáng)度之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，也是客觀存在的。通過(guò)對(duì)比回彈值和聲速值綜合后的相關(guān)關(guān)系，原來(lái)對(duì)單一參數(shù)有較大影響的因素，如水泥種類、混凝土含水量和混凝土碳化等對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響都沒(méi)有原來(lái)單一參數(shù)時(shí)那么顯著。

二、超聲回彈綜合法在橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度分析中的應(yīng)用

2.1檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)方法

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)以橋面混凝土構(gòu)件為主。將混凝土橋面按照原有的板塊分成若干部分。針對(duì)每一個(gè)構(gòu)件，按照規(guī)程或者有關(guān)規(guī)定布置一定數(shù)量的測(cè)區(qū)，測(cè)區(qū)尺寸控制為 20×20cm2，板塊兩個(gè)測(cè)量面上對(duì)應(yīng)的兩個(gè) 20×20cm2方塊視為一個(gè)測(cè)區(qū)。在一個(gè)板塊構(gòu)件上均勻布置若干個(gè)測(cè)區(qū)，然后進(jìn)行回彈值和聲速值的測(cè)量。對(duì)于同一個(gè)測(cè)區(qū)，建議先進(jìn)行回彈測(cè)試，然后進(jìn)行超聲聲速測(cè)試[3]。

檢測(cè)設(shè)備根據(jù)超聲回彈綜合法的要求選擇適合的設(shè)備，包括聲波檢測(cè)儀和混凝土回彈儀。其具體的檢測(cè)步驟按照相關(guān)儀器的使用說(shuō)明和規(guī)定進(jìn)行。

2.2 回彈值的測(cè)量和計(jì)算

在測(cè)量回彈值的時(shí)候，按照回彈儀的一般操作規(guī)定進(jìn)行，其次，在施壓的時(shí)候應(yīng)該均勻而緩慢，在彈擊錘脫鉤前不應(yīng)該施加沖力。在其測(cè)量原理為：對(duì)于測(cè)區(qū)的兩個(gè)面進(jìn)行8個(gè)回彈值的測(cè)量，在此基礎(chǔ)上得到16個(gè)回彈值，去除其中三個(gè)最大的和三個(gè)最小的，以余下的10個(gè)回彈值取平均數(shù)就得到這個(gè)測(cè)區(qū)的平均回彈值，其計(jì)算公式如下[3]：

（1）

式中，Rm—測(cè)區(qū)的平均回彈值

Ri—第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的回彈值

如果是在非水平狀態(tài)下測(cè)量的回彈值，應(yīng)該按照（2）式進(jìn)行修正，修正公式如下：

（2）

式中，Ra—修正之后的測(cè)區(qū)回彈值

Raα—測(cè)量角度為α的回彈修正值

如果是頂面和底面測(cè)得的回彈值，按照（3）式進(jìn)行修正，修正公式如下：

（3）

式中，Ra—修正后的測(cè)區(qū)回彈值

—測(cè)試頂面的回彈修正值

—測(cè)試底面的回彈修正值

在進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，儀器難以達(dá)到水平狀態(tài)的話，構(gòu)件測(cè)區(qū)就不是混凝土的澆筑側(cè)面，此時(shí)就需要對(duì)其進(jìn)行矯正，在此基礎(chǔ)上對(duì)于澆筑面進(jìn)行修正。

2.3 聲速值的測(cè)量和計(jì)算

測(cè)量聲速值的時(shí)候，在每個(gè)測(cè)區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)測(cè)面上分別布置3個(gè)測(cè)量點(diǎn)，保證換能器和混凝土耦合良好，使發(fā)射和接收換能器在同一條軸線上。測(cè)區(qū)的聲速值采用以下兩個(gè)公式計(jì)算：

（4）

（1）多功能護(hù)理型輪椅組合床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本較低；手動(dòng)控制扭簧裝置，0°~90°的大角度旋轉(zhuǎn)可以幫助病人多角度坐臥，有效地解決了病人多角度坐臥的難題．

式中，Vi—測(cè)區(qū)聲速值，單位m/s

l—超聲測(cè)量距離，單位m

tmi—第i個(gè)測(cè)區(qū)的平均聲時(shí)值，單位s

t1，t2，t3—分別為測(cè)區(qū)中三個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值，單位s

如果在混凝土澆筑的頂面和底面測(cè)試，混凝土構(gòu)件的上表面砂漿比較多，強(qiáng)度偏低，混凝土構(gòu)件的底面粗骨料比較多，強(qiáng)度會(huì)偏高，這樣測(cè)得的值與側(cè)面是有區(qū)別的。其次，如果混凝土構(gòu)件表面澆筑不平整，那么會(huì)使聲速值偏低，因此在對(duì)混凝土構(gòu)件上表面和下表面進(jìn)行聲速測(cè)量時(shí)應(yīng)該按照以下公式進(jìn)行修正，修正公式如下：

（5）

式中，Va—修正之后的測(cè)區(qū)聲速值，單位m/s

根據(jù)測(cè)量得到的回彈值和聲速值數(shù)據(jù)，按照以下公式推算混凝土強(qiáng)度，公式如下：

（6）

3 影響測(cè)量結(jié)果的因素

由于超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度是通過(guò)混凝土構(gòu)件表面硬度、超聲聲速等物理量來(lái)間接推算混凝土強(qiáng)度，而混凝土是一種混合材料，其性能受自身材料組合和外界環(huán)境的影響較大。通過(guò)分析不同水泥品種、不同粗骨料種類、環(huán)境溫度和濕度等因素來(lái)對(duì)比測(cè)量結(jié)果，通過(guò)消除不利因素的影響，提高測(cè)強(qiáng)曲線的精度，拓展超聲回彈綜合法的適用范圍。

3.1 粗骨料種類對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

超聲聲速和回彈值對(duì)混凝土內(nèi)部截面粘結(jié)狀態(tài)并不敏感。在砂漿配比相同的情況下，粗糙的碎石因?yàn)楸砻胬饨欠置鳎障抖啵虼似渑c砂漿的結(jié)合能力相較卵石也更強(qiáng)，因此，碎石混凝土的強(qiáng)度較卵石要高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)[4]，這種差別在測(cè)強(qiáng)曲線上表現(xiàn)明顯。所以，如果當(dāng)石子品種不同的時(shí)候，應(yīng)該針對(duì)不同的粗骨料種類分別建立測(cè)強(qiáng)曲線。提高擬合的準(zhǔn)確性。

其次，粗骨料的粒徑大小對(duì)超聲聲速測(cè)量有一定的影響，粒徑越大，混凝土構(gòu)件抗壓強(qiáng)度越小，但是超聲聲速變大。

3.2 環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響通過(guò)對(duì)不同溫度下相同混凝土試塊的超聲聲速測(cè)量，結(jié)果表明，環(huán)境溫度對(duì)超聲聲速的影響不大，可以忽略。

3.3 環(huán)境濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以證明，濕度越大，回彈值越低，并且這種影響隨著混凝土強(qiáng)度的增加而變小。而混凝土的超聲聲速則隨著濕度的增大而增大。采用超聲回彈綜合法可以在一定程度上消除濕度對(duì)強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果的影響。由于不同地區(qū)環(huán)境變化較大，濕度變化也大，所以在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的時(shí)候應(yīng)盡可能選擇干燥狀態(tài)。

4 超聲回彈綜合法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度分析的利處

在橋梁施工過(guò)程中，如果由于施工控制不嚴(yán)發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度不夠的時(shí)候，可以優(yōu)先采用超聲回彈綜合法測(cè)量。當(dāng)需要了解在橋梁施工期間混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增長(zhǎng)情況，可優(yōu)先采用超聲回彈綜合法。當(dāng)需要對(duì)已建成橋梁進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的測(cè)量時(shí)，可優(yōu)先采用超聲回彈綜合法。

結(jié)束語(yǔ)：

為了達(dá)到對(duì)橋梁進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的目的，可以選擇超聲回彈綜合法進(jìn)行檢測(cè)，該方法通過(guò)檢測(cè)聲速值和回彈值兩個(gè)物理量，將其綜合來(lái)擬合混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度曲線，從而得到單一物理量無(wú)法得到的精確度和穩(wěn)定性。推算得到的混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較為全面客觀地反映了影響混凝土強(qiáng)度的各種因素，提高了無(wú)損檢測(cè)的精度，保證了橋梁工程的安全性。

[1]鄧旭華.超聲回彈綜合法在鋼筋混凝土拱橋路面結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].混凝土,2004,(3):56-58.

[2]陳滿紅.超聲回彈綜合法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用[J].檢測(cè)技術(shù),2009,(12):33-35.

[3]佟成娥.超聲回彈綜合法在結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用[J].無(wú)損探傷,2008,32(3):45-46.

G322

B

1007-6344（2015）02-0316-02

項(xiàng)燁（1986-9），女，江蘇蘇州吳江，大專，研究方向：工程檢測(cè)類、交通、道路、橋梁、材料檢測(cè)，畢業(yè)院校：南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，職稱：助理工程師。