ITECS技術在檢測混凝土結構時的信號分析

丁 樂

（湖南城市學院 信息科學與工程學院 湖南益陽 413000）

ITECS技術在檢測混凝土結構時的信號分析

丁 樂

（湖南城市學院 信息科學與工程學院 湖南益陽 413000）

ITECS（Integrity test equipment for concrete structures）是一種多功能混凝土結構無損檢測系統，該儀器內置有彈性波信號的分析軟件，通過分析信號的特征可以計算結構體厚度，推算混凝土的抗壓強度、裂縫深度，探測結構內部空洞和注漿飽滿度和密實度。本文通過對結構內部缺陷的檢測實例來研究對應的信號規律。結果表明，對信號進行頻譜分析后，在結構內部出現空洞情況時，峰值頻率延后出現，數值增大；結構內部出現離析時，情況相反。

ITECS;無損檢測;混凝土;傅里葉變換;頻譜分析

1 引言

ITECS是一種利用沖擊彈性波的多功能混凝土結構非破損檢測新技術。它基于美國的M.Sansalone博士等于1984年提出的沖擊回波法，其原理是在混凝土結構表面產生沖擊荷載，一般使用鋼球敲擊，在結構內產生波動并傳播，利用敲擊點附近的接收傳感器檢測結構內的波動。彈性波每次到達測試結構的表面都會出現一個典型的振動速度，采集到速度波形后，將時域信號，即速度-時間的曲線轉換成振幅-頻率曲線表示的頻域信號，分析波形的分布規律，可以研究結構內部的異常狀況。

2 檢測結構厚度和內部缺陷時的信號規律研究

用敲錘輕輕敲擊混凝土結構表面產生彈性波，在測定面和與測定面平行的反射面之間彈性波產生多重反射，反射過程中出現波長為混凝土結構厚度 2倍的駐波。通過分析駐波的頻率將波長的一半作為混凝土結構的“厚度”T。

圖1 檢測系統示意圖

式中：CP--彈性波傳播速度;

f--振幅譜中與振幅峰值相對應的頻率；

結構內有空洞的情況下,彈性波被空洞界面反射，反射時間縮短,反映在ITECS 所測定的結構厚度會變薄,如圖 2(b)所示.當混凝土結構內存在離析等缺陷時,彈性波傳播速度會降低、反射時間變長, 其結果是ITECS 所測定的結構厚度會超過實際厚度, 見圖 2(c).

圖2 混凝土內部的狀況與彈性波傳播模式

3 檢測實例及信號分析

三小營南橋(圖3)是位于廊坊市安次區的萬莊鎮，該橋與上世紀的 90年代修建，橋梁結構形式為T梁，其翼板寬為1.6m，梁肋高為0.4 m ,寬為 0.4 m ,該T梁表面有多處出現蜂窩麻面的狀況, 利用 ITECS檢測技術，對其完好處及麻表面缺陷處進行厚度測定.

由式（1）可知，計算構件厚度T值前，要提前設定好彈性波的速度CP，肋梁的厚度已知，在此處測定時，將儀器的測定模式設為彈性波測定，輸入構件厚度值40cm。在彈性波速度測定線上，將儀器的傳感接收器置于側線的最左上角，在測線中點敲擊，記錄波形，測量兩組數據。將接收點和敲擊點均向右下偏移30cm，重復測定，同樣記錄2組數據。取4組數據的均值為該T梁的彈性波的傳播速度的代表值。通過反算，可以求出彈性波的傳播速度，為3500m/s.

圖3 三小營橋全貌

圖4 T梁測試示意圖

厚度測定方法：取麻面嚴重的T梁表面區域，以20cm為間距設置如圖示的矩陣點狀集合，將測定模式設置為厚度設定，彈性波的速度設定為3500m/s.，將傳感器置于2點位置，分別在1，5兩點位置進行敲擊，記錄兩組波形數據。將傳感器置于5和8的位置，重復上述操作，記錄數據，并并行傅里葉變換，計算T梁測試厚度。

表一 厚度測定結果 數據分析：

（1）在測試區域上部側線123位置，肉眼可以觀察到有表面蜂窩麻面的狀況，彈性波延時傳播，峰值頻率相對下兩條側線的數值減小，推算的T梁的梁肋厚度多出2cm，測試結果與實際情況一致。

（2）在測試區域的左下角位置，出現了峰值頻率加大的情況，換算厚度減小，根據與橋梁的設計圖紙的對比，該部位靠近加筋位置，可能存在破損空洞，導致彈性波提前反射，通過類似的檢測方面，可以在疑似缺損位置，多次檢測，多組數據分析，來確定空洞的大概位置，為加固和修復提供參考依據。

4 結論

ITECS技術作為近年來新發展起來的無損檢測技術，還有很多對測試結果產生影響的因素需要進一步進行研究。檢測過程中，傳感器與敲擊點的距離，敲擊力度大小和激發源的作用時間等因素都對傳感器接收到的波形產生重要影響，后續的數據處理過程中，頻譜分析的方法也有多種，要根據測試所需精度和噪聲干擾情況選取傅里葉變換或最大熵譜等分析方法對質點振動速度進行綜合評判。混凝土結構內部的缺陷情況非常復雜，在現階段的測試研究過程中，需要測量多個數據樣本進行對比分析，才能大致確定出現缺陷的區域范圍.

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TU528

A

1007-6344（2016）07-0261-01

丁樂（1987-），男，碩士，湖南桃江人，湖南城市學院講師，研究方向為道路工程。