声波CT在桥梁结构检测中的应用
2011-10-10 来源：中国鸣网
1、引言
预应力桥梁结构混凝土工程如桥墩、桥台、梁板等大多数为混凝土结构，所以混凝土结构的质量直接关系到预应力桥梁结构的安全，混凝土结构物任何一部分出现质量问题，都会危及整个预应力桥梁结构的安全，因此必须加强预应力桥梁结构混凝土工程的质量检测。目前声波CT检测预应力桥梁结构混凝土工程是先进的无损检测方法之一，该方法通过对所测混凝土实体的声学参数的统计分析，判定混凝土结构的质量优劣。并圈定混凝土结构低强度区域的部位、范围、程度；为整治预应力桥梁结构的病害和施工质量控制、工艺改进提供依据。
2、预应力桥梁结构混凝土工程质量检测技术—声波CT
2.1声波CT工作原理
声波CT是利用声波穿透工程介质，通过声波走时和能量衰减的观测对工程结构成像。声波在穿透工程介质时，其速度快慢与介质的弹性模量、剪切模量、密度有关。介质密度大、强度高的其模量大，波速高、衰减小，；破碎疏松介质的波速低、衰减大；波速可作为混凝土强度和缺陷评价的定量指标。声波CT特别适用于研究工程介质力学强度的分布，在工程检测中常被用来探查混凝土强度、空洞、不密实区等结构缺陷。声波CT具有分辨率高、可靠性好、图像直观的特点，已被越来越广泛地应用于工程结构检测和工程病害诊断中。
混凝土的声波速度可以作为评价混凝土抗压强度与密实度的定量指标。混凝土的波速与混凝土抗压强度有正相关关系，已有大量理论研究和测试对比数据和回归关系。可用于在建桥梁的质量控制和运行桥梁的病害诊断，检测的分辨率可达分米级。
2.2观测系统布置
根据预应力桥梁混凝土结构的具体情况，常用的测线布置方式如图1所示，白色点为接收点，黑色点为激发点。理论及实践都证明，三侧激发一侧接收，所得反演效果最好，射线密度达到要求。一般检测过程中测线都采用该方式布置。根据预应力桥梁结构的顶板、底板、腹板和隔板临空面不同，采用适合的测线布置方法。激发点间距和接收点间距都是30cm。
2.3观测系统完备性评价
观测系统完备是声波CT结果可靠性的基本保障。观测系统的完备性是通过单元的射线密度和射线正交性来衡量的。因而，射线密度和射线正交性就成了表征观测系统完备性的两个重要指标，他们是观测系统可靠性评价的有效方法。为保证声波CT结果的可靠性和分辨率，要求研究区内每个单元体内的射线超过40条，同时要求每个单元体内通过的射线其交角至少有一组大于60°，其交角的正弦值大于0.87。
2.4后期成像
所用软件为TDSoft的《工程CT》，该软件有模块化设计、文件格式要求清晰、处理速度快等优点。软件共有数据输入、射线追踪、速度反演三个主模块和正交性分析一个辅助模块组成。最后通过网格化、成图、白化、导出DXF格式等多个步骤的处理，最终得到混凝土声波CT波速反演图。
3、实际工程中的应用
3.1工程介绍
铜陵长江公路大桥位于安徽省铜陵市羊山矶下游600m处，桥型为预应力钢筋混凝土双塔索面斜拉桥，主桥总长1152m，80+90+190+432+190+90+80（m）的7孔连续布置，由主跨432m的双塔双索面预应力混凝土斜拉桥和连续T型刚构的边跨所组成（图2所示）。该桥桥塔采用H型门式结构，箱形断面，塔高153.65m。斜拉索为扇形布置，每个索面有26对索，索距8m。主梁为预应力混凝土梁板式结构，桥宽23m，梁高2m。该桥于1991年12月开工建设，1995年12月26日竣工通车。
3.2检测结果分析
采用声波CT反演成像技术对铜陵长江公路大桥铜陵侧变截面梁段I-I断面底板混凝土，1个剖面进行了检测验证。将采集的数据运用CT软件处理，得到混凝土声波CT波速反演图。下图对铜陵长江公路大桥铜陵侧变截面梁段I-I断面底板混凝土声波CT波速反演图进行结果分析。
声波CT反演图检测结果表明，该梁段底板混凝土平均波速为4.33km/s，变异系数为0.159，混凝土质量一般；底板距横隔板12.0-6.0m,离左腹板6.0-10.0m范围和距横隔板21.5-5.0m,离左腹板1.0-4.0m范围（有混凝土掉快），存在较大面积的低波速区域，低波速区域的面积为6.0m2,波速低于4.0km/s，混凝土质量相对较差，对桥梁局部结构有一定影响。
存有混凝土掉快现象的底板部位与混凝土声波CT反演图中，某低波速区域与桥梁结构混凝土掉块部位相互验证。
4、结论
通过对铜陵长江公路大桥混凝土工程混凝土质量的检测，并通过对所检混凝土外观检查验证，充分说明了声波CT技术对检测混凝土质量的准确性和有效性。该技术的成功应用，将有力的推动声波CT成像技术在预应力混凝土桥梁混凝土结构无损检测中的广泛应用。
