[發明專利]一種鋼管混凝土頂部脫空高度、面積計算方法

有效

• 申請號: 202010260229.4
• 申請日: 2020-04-03
• 公開（公告）號: CN111398429B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 陳正;吳昌杰;徐文;葉增鑫;劉加平;王建軍;解威威
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王波;王蕓

本發明涉及一種鋼管混凝土頂部脫空高度、面積的計算方法，其特征在于，包括以下步驟：將確定的鋼管內半徑、管壁厚度以及超聲波在鋼管和混凝土中的傳播速度、超聲波在鋼管混凝土頂部和底部之間傳播的首波聲時代入鋼管混凝土頂部脫空高度的計算模型，得到鋼管混凝土頂部脫空高度；所述脫空高度的計算模型為將得到的脫空高度代入鋼管混凝土頂部脫空面積計算模型中，得到脫空面積，所述脫空面積計算模型為該計算方法簡單快速，相對誤差小，準確度高。

技術領域

本發明涉及工程建筑檢測分析領域，具體涉及了一種鋼管混凝土頂部脫空高度、面積計算方法。

背景技術

鋼管混凝土是鋼管和混凝土組合而成的協同工作結構，其特殊的組合方式不僅使得混凝土在內部呈三軸受壓狀態，同時也彌補空鋼管的穩定性，充分利用兩者的特性讓整個結構具有良好的載荷能力。然而，由于混凝土材料本身的收縮特性以及施工和使用過程中可能出現的澆筑方式、環境溫度、材料徐變等因素的影響，鋼管混凝土拱橋往往會出現脫空現象，管內混凝土的脫空會直接影響鋼管與混凝土之間的協同工作，甚至會影響到結構的承載力和耐久性。而應對脫空問題，最重要的就是定量分析脫空的程度。目前測試管內混凝土脫空的方法有較為簡單的人工敲擊法、直接鉆芯取樣法等，前者很依賴操作人員的經驗，后者直接損害了結構完整性，不宜大量檢測。近年來發展起來的無損檢測方法有超聲波檢測法、紅外熱像法、壓電陶瓷法、沖擊回波法等。在眾多技術中，超聲檢測技術因其方便操作、成本低、原理簡單等優點，已經成為了鋼管混凝土的脫空檢測的首選方法。然而，超聲波檢測法應用于鋼管混凝土結構時，只能定性確定脫空區域位置和相對脫空程度，無法定量確定脫空高度。

目前公開的采用超聲波法分析脫空情況的定量方法有文獻1和文獻2。兩者均提出了定量計算混凝土脫空高度的方法。但是文獻1和文獻2所采用的超聲波傳播路徑相較于真實路徑進行了較大程度的簡化，精度較低，因此所提出的定量計算混凝土脫空高度的方法計算的脫空高度相對誤差較大，準確度低。此外，兩者的模型均為隱式模型，計算時需要不斷迭代計算，十分繁瑣，而目前還沒有相關顯式計算模型的研究。因此，提出一種鋼管混凝土頂部脫空區域直接定量計算方法對快速定量評價鋼管混凝土的灌注密實性非常關鍵。

現有技術文獻

文獻1：專利文獻CN106959341A

文獻2：期刊文獻《超聲波法測定鋼管混凝土脫空量》

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術超聲波檢測法應用于鋼管混凝土結構時，存在的定量脫空區域特征值相對誤差大、準確度低、計算繁瑣等技術問題，提供了一種鋼管混凝土頂部脫空高度、面積的計算方法，該方法可以快速準確的定量出鋼管混凝土頂部脫空高度和脫空面積，且相對誤差小，準確率高。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種鋼管混凝土頂部脫空高度的計算方法，包括以下步驟：

步驟1、確定鋼管內半徑、管壁厚度、超聲波在鋼管和混凝土中的傳播速度、超聲波在鋼管混凝土頂部和底部之間傳播的首波聲時；

步驟2、將步驟1確定的鋼管內半徑、管壁厚度以及超聲波在鋼管和混凝土中的傳播速度、超聲波在鋼管混凝土頂部和底部之間傳播的首波聲時，代入鋼管混凝土頂部脫空高度的計算模型，得到鋼管混凝土頂部脫空高度；所述脫空高度的計算模型為

；

其中，h為鋼管混凝土頂部脫空高度，單位為米(m)；t為首波聲時，單位為秒(s)；r為鋼管內半徑，單位為米(m)；d為鋼管壁厚，單位為米(m)；v_s和v_c分別為超聲波在鋼管和混凝土中的傳播速度，單位為m/s。