[发明专利]超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的方法

说明书

本发明公开一种超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的方法。由于方钢管对核心混凝土的套箍约束力呈非均匀的“槽形”分布目前尚无试验方法能够准确量测这种不均匀约束力大小和沿截面的分布情况。因此，本方法基于超声波应力测试技术，在柱中所需量测截面中心位置预埋一个超声波发射传感器发射超声波，在同一横截面的钢管外表面沿截面宽度方向布置多个超声波接收装置接收测试信号，再根据接收到的声波声‑应力敏感性参数与套箍约束力之间的关系，检测出方钢管混凝土柱受压时所需量测截面沿截面宽度的不均匀套箍约束力。本发明操作简单，测量结果直观，测试装置简单且无需损伤被量测构件，灵敏度高，可实现受力全过程中套箍约束力的实测。

技术领域

本发明涉及超声波无损检测的技术领域，特别涉及一种超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的方法。

背景技术

钢管混凝土柱由于具有承载力高、抗震性能好、抗火性能优于钢结构和施工方便等优点,正被越来越广泛地应用于实际工程中。钢管混凝土柱的承载能力能够产生“1+12”的效果，一个重要原因是钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而提高了混凝土的抗压强度。因此，套箍约束力大小的确定对深入研究钢管混凝土柱的力学性能十分重要。

目前，用于直接测定方钢管不均匀套箍约束力的方法有压力传感器法以及液压比拟法等。但是钢管混凝土中核心混凝土处于三向受压状态，压力传感器在复杂应力下受纵向压力和环向压力的影响，其灵敏度降低，此外在反复荷载作用后，其灵敏度也会有所降低，故很难在实际应用中推广；而液压比拟法实质是一种类比方法，其测试比较繁琐、读数不直观，精度不高。同时，钢管的套箍约束力存在于钢管与混凝土的界面上，普通应力应变的量测装置无法安装，且由于方钢管对核心混凝土的约束作用呈不均匀状态，因此在同一横截面上安装多个量测装置更加无法实现，而采用超声波的方式可以避免在界面接触位置布置量测元件，具有良好的应用前景。而目前尚未见将超声波检测技术用于直接量测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的相关报道。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的方法。

为实现上述目的，本发明提供的超声波无损检测方钢管混凝土柱不均匀套箍约束力的方法，其特征在于：该方法以待测方钢管混凝土柱结构本身作为敏感元件，利用超声波发射传感器向所述待测方钢管混凝土柱结构发射超声波，多个沿截面宽度分布的超声波接收装置接收透过所述待测方钢管混凝土柱结构的声波测试信号，根据接收到的超声波声-应力敏感性参数与套箍约束力之间的关系，精确量测出所述待测方钢管混凝土柱结构受压时方钢管对核心混凝土的不均匀套箍约束力以及约束力沿截面宽度方向的分布；包括如下步骤：

(1)预埋超声波发射传感器，在核心混凝土浇筑前超声波发射传感器埋置于待测方钢管混凝土柱中所需量测截面的中心位置；

(2)对待测方钢管混凝土柱进行受压试验，采用分级加载；在加载初期，每级加载为预估极限荷载的1/10，当钢管进入屈服阶段后，每级荷载为极限荷载的1/20，每级持荷时间为2～3min，待压力机表盘指针稳定后进行超声测试；

(3)超声测试，通过超声耦合剂沿钢管截面宽度方向的角部，B/6，B/3和B/2处均匀布置4个超声波接收器，B为待测方钢管混凝土柱中方钢管截面宽度；待与待测方钢管混凝土柱中截面钢管外表面良好接触后，测试时超声波发射传感器向待测方钢管混凝土柱发射超声波，超声波接收装置接收透射穿过待测方钢管混凝土柱中的超声波，同时记录该透射的超声波对应的波束曲线；

(4)计算机分析处理超声波接收装置接收到的沿方钢管截面宽度方向的不同位置对应的超声波测试信号，利用小波对所接受的声波信号进行处理，利用公式(1)计算加权频域谱面积参数：