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鋼管混凝土脫粘檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋼管混凝土脫粘檢測方法，包括以下步驟：S1:在待測鋼管混凝土的外壁沿軸向設(shè)置多個測點(diǎn)，并在每個測點(diǎn)上均放置加速度傳感器；S2:用橡皮錘在傳感器之間或傳感器安裝的對面敲擊鋼管，通過加速度傳感器測得各測點(diǎn)的加速度響應(yīng)信號，并將其輸入分析處理模塊；S3：經(jīng)分析處理模塊分析，得出各測點(diǎn)的非線性振動程度，根據(jù)各測點(diǎn)的非線性振動程度，進(jìn)行脫粘識別。本發(fā)明采用的方法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(jù)信號的分析來考察鋼管混凝土的非線性振動程度，以實(shí)現(xiàn)脫粘識別。
【專利說明】鋼管混凝土脫粘檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測鋼管混凝土脫粘的方法，特別涉及一種基于非線性振動特性的鋼管混凝土脫粘檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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(yīng)用，其中截面以圓形為主，在建筑結(jié)構(gòu)中常設(shè)計成方形或多邊形，以增強(qiáng)截面的抗彎能力，也便于梁柱節(jié)點(diǎn)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(qiáng)，另一方面，內(nèi)填混凝土又解決了鋼管潛在的失穩(wěn)問題。
[0003]隨著實(shí)際工程中鋼管混凝土應(yīng)用的增多，發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土普遍存在著脫粘和脫空現(xiàn)象，而脫粘(空)直接影響二者的共同作用，多數(shù)設(shè)計規(guī)范尚未考慮脫粘(空)的影響。脫空表現(xiàn)為界面局部脫開較大，形成明顯縫寬。脫粘表現(xiàn)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(jié)構(gòu)中，主要是界面剝離造成徑向的脫粘。
[0004]如何檢測實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中鋼管混凝土的脫粘(空)引起了研究者的關(guān)注。從外表無法觀察鋼管內(nèi)部混凝土的狀況，現(xiàn)行施工驗收標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為:按照相關(guān)的工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工即可達(dá)到密實(shí)要求。現(xiàn)行檢測方法主要有超聲波法，敲擊法，瞬態(tài)沖擊法和壓電陶瓷監(jiān)測方法等。根據(jù)文獻(xiàn)，目前尚無簡單直接經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)化成脫粘，所以脫粘是鋼管混凝土檢測的重點(diǎn)難點(diǎn)，以往的研究者多只針對脫空類現(xiàn)象進(jìn)行檢測，忽略脫粘的識別，因此本發(fā)明主要研究脫粘(0.2?0.6mm)的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)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檢測方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，鋼管混凝土脫粘檢測方法，包括以下步驟:
[0007]S1:在待測鋼管混凝土的外壁沿軸向設(shè)置多個測點(diǎn)，并在每個測點(diǎn)上均放置加速度傳感器；
[0008]S2:在鋼管上用力錘在加速度傳感器之間或加速度傳感器安裝的對面進(jìn)行敲擊，通過加速度傳感器測得各測點(diǎn)的加速度響應(yīng)信號；
[0009]S3:信號采集設(shè)備采集加速度響應(yīng)信號并將其放大輸入到分析處理模塊；
[0010]S4:分析處理模塊分析，得出各測點(diǎn)的非線性振動程度，根據(jù)各測點(diǎn)的非線性振動程度，進(jìn)行脫粘識別。
[0011]進(jìn)一步，所述步驟S4中，得出各測點(diǎn)的非線性振動程度的方法為:首先針對加速度響應(yīng)信號采用盲源分離技術(shù)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。
[0012]進(jìn)一步，得到的一階信號先經(jīng)過鏡像處理后再進(jìn)行Hilbert變換。
[0013]進(jìn)一步，所述的加速度傳感器為壓電加速度傳感器。
[0014]進(jìn)一步，所述測點(diǎn)的設(shè)置方法為沿軸向兩側(cè)設(shè)置，且兩側(cè)的測點(diǎn)彼此對稱。
[0015]有益技術(shù)效果:
[0016]本發(fā)明采用的方法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(jù)信號的分析來考察其非線性振動程度，以實(shí)現(xiàn)脫粘識別。基于非線性振動特性的指標(biāo)與脫粘有直接對應(yīng)關(guān)系，無需在鋼管內(nèi)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，且規(guī)避了波在不同介質(zhì)中傳播的復(fù)雜問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施流程圖；
[0019]圖2為加速度傳感器位置布置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]圖2為本發(fā)明中傳感器位置布置圖,其中1、2、3、4表不傳感器,ql、q2、q3、q4表不尚支擊點(diǎn)。
[0022]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(zhuǎn)化成脫粘狀態(tài)，脫粘普遍存在，且分布廣泛，隨機(jī)性強(qiáng)，同時也是典型檢測方法的盲區(qū)之一，所以脫粘為識別的重點(diǎn)難點(diǎn)。
[0023]所述非線性振動特性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(xiàn)瞬時自振頻率隨振幅增大而下降的現(xiàn)象，即非線性振動。其產(chǎn)生的原因被解釋為微裂縫的“呼吸效應(yīng)”，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(nèi)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(yīng)”，這就使鋼管混凝土具有了非線性振動特性。
[0024]所述用非線性振動特性來識別脫粘的依據(jù)是:鋼管混凝土具有非線性振動特性，相比密實(shí)的情況，存在脫粘的鋼管混凝土非線性振動程度更小，且頻率更低。因為鋼管本身幾乎不存在非線性振動特性，脫粘后由混凝土導(dǎo)致的非線性振動對鋼管混凝土的影響程度減小了。且脫粘后混凝土對局部剛度的貢獻(xiàn)減小，但對質(zhì)量的貢獻(xiàn)減小不多，因此頻率降低。鋼管與混凝土的接觸面積和位置的不同，即不同狀態(tài)的脫粘，導(dǎo)致其非線性振動程度不同，以此原理來進(jìn)行脫粘識別。
[0025]基于以上思想本發(fā)明提供一種基于非線性振動特性的鋼管混凝土脫粘檢測方法，該方法包括以下步驟:[0026]S1:在待測鋼管混凝土的外壁沿軸向設(shè)置多個測點(diǎn)，并在每個測點(diǎn)上均放置加速度傳感器；
[0027]S2:在鋼管上用力錘(本發(fā)明采用橡皮錘)在加速度傳感器之間或加速度傳感器安裝的對面進(jìn)行敲擊，通過加速度傳感器測得各測點(diǎn)的加速度響應(yīng)信號；
[0028]S3:信號采集設(shè)備采集加速度響應(yīng)信號并將其放大輸入到分析處理模塊；
[0029]S4:分析處理模塊分析，得出各測點(diǎn)的非線性振動程度，根據(jù)各測點(diǎn)的非線性振動程度，進(jìn)行脫粘識別。
[0030]在用力錘進(jìn)行敲擊時，避免激振力過大，并保持穩(wěn)定大小的激振。
[0031]所述步驟S4中，得出各測點(diǎn)的非線性振動程度的方法為:首先針對加速度響應(yīng)信號采用盲源分離技術(shù)的SOBI算法分離得到一階信號，然后通過Hilbert變換來獲得信號的頻率-振幅曲線，即可判斷其非線性振動程度。
[0032]SOBI算法采用聯(lián)合對角化方法(JAD)找到矩陣Ψ，能夠?qū)⑷我鈺r滯Tid ^ i ^p)的白化信號Z的協(xié)方差矩陣近似對角化，即
【權(quán)利要求】
1.鋼管混凝土脫粘檢測方法，其特征在于:包括以下步驟: S1:在待測鋼管混凝土的外壁沿軸向設(shè)置多個測點(diǎn)，并在每個測點(diǎn)上均放置加速度傳感器； S2:在鋼管上用力錘在加速度傳感器之間或加速度傳感器安裝的對面進(jìn)行敲擊，通過加速度傳感器測得各測點(diǎn)的加速度響應(yīng)信號； S3:信號采集設(shè)備采集加速度響應(yīng)信號并將其放大輸入到分析處理模塊； S4:分析處理模塊分析，得出各測點(diǎn)的非線性振動程度，根據(jù)各測點(diǎn)的非線性振動程度，進(jìn)行脫粘識別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土脫粘檢測方法，其特征在于:所述步驟S4中，得出各測點(diǎn)非線性振動程度的方法為:首先針對加速度響應(yīng)信號采用盲源分離技術(shù)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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼管混凝土脫粘檢測方法，其特征在于:得到的一階信號先經(jīng)過鏡像處理后再進(jìn)行Hilbert變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土脫粘檢測方法，其特征在于:所述的加速度傳感器為壓電加速度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土脫粘檢測方法，其特征在于:所述測點(diǎn)的設(shè)置方法為沿軸向兩側(cè)設(shè)置，且兩側(cè)的測點(diǎn)彼此對稱。
【文檔編號】G01N29/04GK103837597SQ201410039892
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】曹永紅, 曹暉, 華建民, 許鑫 申請人:重慶大學(xué)