[發明專利]鋼管混凝土脫粘檢測系統

有效

• 申請號: 201410039898.3
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103760239A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 曹暉;曹永紅;華建民;許鑫
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明涉及一種檢測鋼管混凝土脫粘系統，特別涉及一種基于非線性振動特性的鋼管混凝土脫粘識別系統。

背景技術

近些年，鋼管混凝土在超高層建筑和大跨橋梁中得到廣泛應用，其中截面以圓形為主，在建筑結構中常設計成方形或多邊形，以增強截面的抗彎能力，也便于梁柱節點的連接。鋼管和混凝土相輔相成，一方面鋼管類似箍筋，使得混凝土三向受壓，抗壓能力增強，另一方面，內填混凝土又解決了鋼管潛在的失穩問題。

隨著實際工程中鋼管混凝土應用的增多，發現鋼管混凝土普遍存在著脫粘和脫空現象，而脫粘（空）直接影響鋼管和混凝土的共同作用，多數設計規范尚未考慮脫粘（空）的影響。脫空表現為界面局部脫開較大，形成明顯縫寬。脫粘表現在徑向收縮，形成微小縫隙。在鋼管混凝土拱橋中，脫粘與脫空往往并存，其中拱肋脫空更為常見，在建筑結構中，主要是界面剝離造成徑向的脫粘。

如何檢測實際工程結構中鋼管混凝土的脫粘（空）引起了研究者的關注。從外表無法觀察鋼管內部混凝土的狀況，現行施工驗收標準認為：按照相關的工藝標準進行施工即可達到密實要求。現行檢測方法主要有超聲波法，敲擊法，瞬態沖擊法和壓電陶瓷檢測方法等。根據文獻，目前尚無簡單直接經濟有效的檢測方法。又因管壁與混凝土的脫空一般縫隙較大，常可以通過灌漿等處理，若二次灌漿后收縮，既脫空轉化成脫粘，所以脫粘是鋼管混凝土檢測的重點難點，以往的研究者多只針對脫空類現象進行檢測，忽略脫粘的識別，因此本發明主要研究脫粘（0.2～0.6mm）的檢測。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于非線性振動特性的鋼管混凝土脫粘識別系統。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的，包括加速度傳感器、信號采集設備和分析處理模塊；所述加速度傳感器設置于待測鋼管混凝土的外壁，當用力錘在加速度傳感器之間或加速度傳感器安裝的對面敲擊鋼管時，加速度傳感器測得加速度響應信號，經由所述信號采集設備輸入到分析處理模塊；所述分析處理模塊分析加速度響應信號，考察鋼管混凝土的非線性振動程度，根據鋼管混凝土的非線性振動程度，進行脫粘識別。

進一步，所述非線性振動特性的分析方法為：首先針對加速度響應信號采用盲源分離技術的SOBI算法分離得到一階信號，然后通過Hilbert變換獲得信號的頻率-振幅曲線，即可判斷其非線性振動程度。

進一步，所述一階信號先經過鏡像處理后再進行Hilbert變換。

進一步，所述加速度傳感器為壓電加速度傳感器。

進一步，所述加速度傳感器沿鋼管軸向設置在鋼管兩側，且兩側的加速度傳感器彼此對稱。

有益技術效果：

本發明采用的系統基于非線性振動理論，采用加速度傳感器記錄力錘敲擊后鋼管混凝土自由振動過程的加速度信號，根據信號的分析來考察其非線性振動程度，以實現脫粘識別。

本發明利用鋼管混凝土的非線性振動特性進行脫粘識別，原理簡單，基于非線性振動特性的指標和脫粘對應關系直接，不涉及波在不同介質中傳播的復雜問題，無需在鋼管內部埋置探測儀器，操作簡便、分析快速，對輕微的脫粘都有好的識別效果。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為本發明系統結構圖；

圖2為加速度傳感器位置布置圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。

圖2為本發明中傳感器位置布置圖，其中1、2、3、4表示傳感器，q1、q2、q3、q4表示敲擊點。

目前一般鋼管混凝土添加有膨脹劑，對于添加有膨脹劑的鋼管混凝土，形成大面積脫空概率較小，脫空也常可以通過灌漿等處理，若二次灌漿后收縮，就轉化成脫粘狀態，脫粘普遍存在，且分布廣泛，隨機性強，同時也是典型檢測方法的盲區之一，所以脫粘為識別的重點難點。

所述非線性振動是指瞬時自振頻率隨振幅而變化。對于普通鋼筋混凝土梁，在早期損傷時，會出現瞬時自振頻率隨振幅增大而下降的現象，即非線性振動。其產生的原因被解釋為微裂縫的“呼吸效應”，所謂裂縫的呼吸是指自由振動過程中眾多裂縫的張開和閉合。類比可得，在自由振動過程中，鋼管內的混凝土同樣存在類似于鋼筋混凝土梁中微裂縫的“呼吸效應”，這就使鋼管混凝土具有了非線性振動特性。