[发明专利]一种水浸混凝土强度的非接触式无损检测方法

说明书

本发明公开了一种水浸混凝土强度的非接触式无损检测方法，属于无损检测技术领域。本发明针对水利、海洋、桥梁工程中广泛存在的水浸混凝土结构，通过压电陶瓷探头，利用水耦作用，在水下通过发射接收模式，在混凝土工件表面激励瑞利波；通过希尔伯特变换，提取响应信号的波速和首波波峰；通过K‑means聚类算法，利用实验室测量的训练集样本，训练分类器；将水下实测的波速和波峰输入分类器，智能识别被检混凝土工件的强度。本发明为水下混凝土结构的无损检测和在线监测提供了新方法，为水下混凝土结构的安全评估提供依据，对保障重大基础设施的结构安全具有重要作用。

技术领域

本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种混凝土强度的水下无损检测方法。

背景技术

《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL228-2013)中规定“面板混凝土强度等级不应低于C25”。《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)中规定“坝体最大主压应力，不应大于混凝土的允许压应力值”。可见，混凝土强度是反应混凝土材料性能的重要指标，是评价混凝土结构安全与否的重要依据。

在水利、海洋、桥梁工程中，存在大量浸没于水下的混凝土结构，由于受到水体淘刷、腐蚀等作用，水下混凝土的强度发生衰减，甚至低于设计和规范要求值，从而加剧了结构失效破坏的风险。现行水下混凝土结构的安全评估多依靠机器人、载人潜水器或潜水员进行目视检查，尚不能获得混凝土的材料参数。为此，十分需要开发一种水下无损检测方法，在不破坏原有结构完整性的前提下，定期检测水下混凝土的强度，保障工程结构的可靠运行，避免突发结构失效导致的灾难性后果。

然而，由于被测结构浸没于水中，以回弹法为代表的诸多水上检测方法不再适用。同时，由于水浸混凝土的孔隙水饱和度高，在将检测参数换算为混凝土强度时，需要开发专门的换算准则。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种水浸混凝土强度的非接触式无损检测方法和一种基于K-means聚类算法的混凝土强度智能识别方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术手段：

一种水浸混凝土强度的非接触式无损检测方法，包括如下步骤：

步骤(1)、通过压电陶瓷探头作为换能器探头，利用水耦作用，在水下通过发射接收模式，在混凝土工件表面激励瑞利波；

步骤(2)、通过希尔伯特变换，提取响应信号的波速和首波波峰；

步骤(3)、通过K-means聚类算法，利用实验室测量的训练集样本，训练分类器；

步骤(4)、将水下实测的波速和波峰输入分类器，智能识别被检混凝土工件的强度。

进一步的，本发明的检测方法，步骤(1)还包括确立换能器入射倾角，减少混凝土中剪切波的发生：

根据斯内尔定理选取临界角θ_cr：

其中c₁为纵波在水中的速度，c_2L为纵波在混凝土中的波速。

进一步的，本发明所提出的检测方法，其特征在于，

步骤(1)中，包括确立激励信号的时域波形，具体为：

根据共振频率选取激励信号的中心频率，最大化瑞利波在混凝土工件表面的入射和传播，在混凝土工件表面布置两个换能器，通过发射接收模式，测试结构的共振频率；首先将线性正弦扫频输入激励换能器：

其中φ₀为初始相位，f₀为初始频率，f₁为截止频率，t₀为初始时刻，t₁为截止时刻；