[发明专利]一种基于超声波的预应力管道灌浆质量检测方法

说明书

本发明公开了一种基于超声波的预应力管道灌浆质量检测方法，其特征是将压电陶瓷换能器预埋在预应力管道内部和表面，分别用以发射和接收超声波信号；采用小波包变换逐层分解超声波信号，构建所有小波包分量的能量分布矩阵；建立卷积神经网络模型，将小波包分量组成的能量分布矩阵输入到模型中进行预应力管道灌浆质量的评估；本发明方法能够实现沿预应力管道长度方向上长距离灌浆缺陷类型以及缺陷尺寸的识别。

技术领域

本发明涉及工程建设质量检测技术领域，更具体地说是涉及一种基于超声波的预应力管道灌浆质量检测方法。

背景技术

预应力混凝土结构具有自重小、耐疲劳、节约混凝土用量等优点，被广泛应用于桥梁工程结构中。我国新建桥梁中95％以上为预应力混凝土桥梁，其中绝大部分是后张法预应力混凝土桥梁。后张法预应力桥梁施工的重要程序之一是管道灌浆，灌浆料不仅能保护预应力筋不受外界环境腐蚀，而且其粘结作用能使预应力在结构中均匀分布。预应力管道灌浆质量直接影响桥梁的安全性和耐久性，近几十年来由于预应力管道灌浆不密实导致的桥梁坍塌事件在国内外时有发生，因此对预应力管道灌浆密实度进行无损检测具有十分重要的意义。

预应力管道灌浆不密实的情况可以分为三类：一是由于灌浆料泌水导致管道上部出现空洞；二是灌浆过程中灌浆料泄露以及灌浆结束阶段没有稳压过程导致的部分灌浆；三是由于管道内部堵塞造成的部分节段无灌浆。其中，造成管道内无灌浆料的原因有很多，如在实际工程中预应力钢筋是由钢丝绑扎在一起的，在穿束过程中这些钢丝很有可能在管道变形处聚集，使得灌浆时灌浆料堵塞；因管道内部存在一些杂物而造成管道堵塞；若管道表面有孔洞，混凝土在浇筑的过程中可能流至管道内部导致管道堵塞。

目前国内外预应力管道灌浆密实度检测的方法主要有冲击回波法、地质雷达法和传统超声波法。其中研究和应用最广泛的是冲击回波法，但该方法利用低频波导，致分辨率很低、难以检测双层预应力管道以及塑料管道。金属对电磁波的屏蔽效应导致探地雷达法只适用于塑料预应力管道的检测，且其检测结果受结构内部钢筋网的影响较大。传统超声波检测预应力管道灌浆密实度的方法分为超声透射法和超声回波法。超声透射法在实际检测中有时难以实现需要具备两个工作面的条件；超声回波法存在着超声传播路径长、信噪比低等问题。此外，由于桥梁结构通常布设有多层预应力管道，现有的方法一般在混凝土结构整体浇筑完毕后进行检测，多个管道界面之间相互干扰从而大大降低检测的准确性。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种能够实现沿预应力管道长度方向的长距离检测的基于超声波的预应力管道灌浆质量检测方法，适用于桥梁结构多层预应力管道的设计，实现对灌浆缺陷类型以及缺陷尺寸进行有效识别。

为实现上述目的本发明采用了如下技术方案：

本发明基于超声波的预应力管道灌浆质量检测方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、将压电陶瓷换能器沿灌浆管道长度方向布置、分别预埋在预应力管道的内部和表面，用以发射和接收超声波信号；

步骤2、针对利用压电陶瓷换能器采集获得的超声波信号进行小波包变换逐层分解，并构建所有小波包分量的能量分布矩阵；

步骤3、建立并训练卷积神经网络模型，将小波包分量组成的能量分布矩阵输入到模型中，进行预应力管道灌浆质量的评估。

本发明基于超声波的预应力管道灌浆质量检测方法的特点也在于：

所述压电陶瓷换能器包括驱动器和传感器；所述驱动器是在预应力钢筋上安装大理石封装压电陶瓷换能器进行激励产生超声波；所述传感器是在预应力钢束管道表面安装压电陶瓷换能器作为传感器接收超声波。

本发明基于超声波的预应力管道灌浆质量检测方法的特点也在于：

所述驱动器是由压电陶瓷驱动器发射正弦扫频信号。

本发明基于超声波的预应力管道灌浆质量检测方法的特点也在于：