一种桥梁预应力孔道灌浆密实度的测试方法与流程

本发明属于道桥工程质量安全检测技术领域，具体是指一种桥梁预应力孔道灌浆密实度的测试方法。

背景技术：

随着桥梁建设的不断升温，桥梁安全问题也越来越广泛的引起重视，预应力钢绞线在桥梁中起着承受拉力的作用，一旦出现问题，将给桥梁的使用带来巨大的安全隐患。要确保预应力钢绞线长期发挥其作用，孔道的压浆质量效果是其重要的影响因素之一，如果压浆不密实，水和空气的进入使得处于高度张拉状态的钢绞线材料易发生腐蚀，造成有效预应力降低。严重时，钢绞线会发生断裂，从而极大地影响桥梁的耐久性、安全性。此外，压浆质量缺陷还会导致混凝土应力集中，进而改变梁体的设计受力状态，从而影响桥梁的承载力和使用寿命。

预应力压浆不密实的问题早在十几年前就已受到国内外的广泛关注，2004年对锡澄运河大桥、新兴塘大桥、北兴塘大桥和锡北运河大桥拆除重建时调查发现，在8000多个灌浆孔道中完全密实的仅占39％，未灌浆的高达13％，因灌浆不密实导致钢绞线严重锈蚀的占39％。此外2011年杭州钱江三桥顶板断裂事故，其原因之一也是因灌浆不密实导致。预应力桥梁孔道灌浆的不密实严重威胁着桥梁的安全及寿命，因此采用先进的无损检测技术对预应力结构的管道整体灌浆质量进行检测，对客观评价结构的质量状况意义重大。

国内外相继开展了一些研究，提出了不少检测方法。例如冲击回波法(ie)、超声波成像法(ut)、表面波频谱成像法(sasw)、基于冲击回波振幅谱的堆栈成像法(sibie)、探地雷达法(gpr)、x光成像、γ射线成像法、冲击回波等效波速法(ieev)等方法。但是，大部分方法由于测试精度、适用范围、测试效率以及费用等原因，运用较少，冲击回波等效波速法(ieev)使用最为广泛，测试精度较高，但对于特殊结构测试较困难，所以需要一种针对特殊结构检测时精度较高的分析方法。

基于此，研究并开发设计一种桥梁预应力孔道灌浆密实度的测试方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种桥梁预应力孔道灌浆密实度的测试方法，主要针对测试预应力孔道密实度方法测试精度低、测试困难，采用测量灌浆密实处与不密实处测得的共振频率位置的偏移，判断测试孔道灌浆质量的好坏。解决了现有测试预应孔道灌浆密实性的方法测量精度低、测试难度大等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种桥梁预应力孔道灌浆密实度的测试方法，该方法包括：确定被测试预应力孔道的中心线位置，在所述中心线位置上固定加速度传感器；

在所述加速度传感器周边用激振装置敲击激振，并用加速度传感器采集共振频率数据；

把加速度传感器固定在无孔道的混凝土上，在加速度传感器周边用激振装置敲击激振，加速度传感器采集无孔道共振频率数据；

将加速度传感器在孔道混凝土表面、无孔道混凝土表面测试获得的数据进行频谱分析，分别计算出无孔道位置处共振增强的固有频率、灌浆孔道处共振增强的固有频率；

通过对比分析比较无孔道位置处共振频率与孔道位置处共振频率偏移，确定桥梁预应力孔道灌浆密实度。

进一步地优选，通过分析比较无孔道位置处共振频率与孔道位置处共振频率偏移的具体方法为：若无孔道位置处共振频率与孔道位置处共振频率相同，确定桥梁预应力孔道位置处灌浆密实度密实；若无孔道位置处共振频率与孔道位置处共振频率发生偏移，确定桥梁预应力孔道位置处灌浆密实度不密实。

进一步优选，所述确定被测试预应力孔道的中心线位置包括用设计图确定被测试预应力孔道的中心线位置或用电磁波混凝土雷达测定被测试。

进一步优选，所述在所述中心位置固定加速度传感器，包括：

在所述中心线位置确定若干测试点，若干测试点连成线与预应孔道的中心线平行，在每个待测点分别固定加速度传感器，固定方法为人工固定或耦合剂粘结。

进一步优选，所述加速度传感器通过低噪声信号电缆与测试仪连接。

进一步优选，所述激振装置为钢制锤或激振频率可调的自动激振装置。

进一步优选，所述加速传感器周边为激振装置位于加速传感器周围3—6cm处。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明通过对测试部位的混凝土打击激振并诱发自由振动，分析灌浆密实处与不密实处测得的共振频率位置的偏移量判断预应力孔道质量问题，该方法测试精度高，且尤其适用于一些特殊结构，如底部边界不明确、多排波纹管、波纹管距离测试面小于10cm的结构，相对于现有技术采用冲击回波等效波速法检测结果更准确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有技术中预应力桥梁锚固体系示意图；

图2为普通结构冲击波等效波速法测试示意图；

图3a、图3b、图3c、图3d为针对特殊结构本发明测试示意图；

图4a、图4b、图4c为不同情况激振影响反应及测试示意图；

图5为激振装置自振频率示意图；

图6a为密实孔道固有频率示意图；

图6b为不密实孔道固有频率示意图；

图7a、图7b为激振装置诱导与其自振频率接近的固有频率示意图；

图8为无孔道位置测试的诱导后频谱图；

图9为密实孔道测试的诱导后频谱图；

图10为不密实孔道测试的诱导后频谱图；

图11为数列展开后数据的频谱分析等值线图；

图12为本发明所述方法操作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

由于现有检测桥梁预应力孔道灌浆密实度方法，存在着很多问题，测试对象桥梁预应力孔道出现以下几种情况将不适合采用冲击回波等效波速进行测试，1)预应力孔道厚度过厚如0.8—1m；2)孔道波纹管直径太小；3)并排或多排波纹管；4)测试面有倒角。

而针对图3所示的预应力孔道，如多排波纹管、底部边界不明确、波纹管距离测试面小于10cm的情况，即上述提到的四种情况采用现有的冲击回波等效波速法进行测试时，其具有测试精度低、检测结果不准确的缺陷。为了解决该不适用于采用冲击回波等效波速法检测灌浆密实度的情况，发明人研究开发一种基于弹性波偏移特性的桥梁预应力孔道灌浆密实度测试方法。

本发明的基本原理是：

利用频率是结构整体刚性与整体质量的函数，为一个整体函数，结构的某一个部分发生变化后将会造成结构固有频率的变化，如数-1所示，

其中：f为结构的固有频率；

k为结构体系的刚性；

m为振动体系的质量。

使用激振装置对测试结构进行激振，激振装置的自振频率诱发测试孔道处的固有频率发生共振，增强固有频率中与自振频率最接近的频率振幅，根据上述公式可知，因灌浆孔道密实部位与不密实部位结构存在刚性和质量差异，所以其固有频率也存在差异，当测试得到共振增强的固有频率位置发生偏移时，即可判断测试位置处存在缺陷，如灌浆密实度差的问题。

另一方面，不同的激振装置激发的冲击弹性波的卓越频率有所不同，该卓越频率可通过其激振头的直径、模量、质量以及被测试混凝土的弹性模量计算，其频谱示意图如图5所示，急诊装置自振频率示意图，可知激振装置产生的弹性波卓越频率起到诱发测试结构固有频率发生共振的作用。

实施例1：

如图1所示，为现有技术中预应力桥梁锚固体系示意图，其中位于中心部位的预应力钢绞线3，围绕在预应力钢绞线3外围的预应力孔道2，位于最外部分的预应力桥梁1。

基于上述结构，如果该结构为单排板装结构图2所示，可直接采用现有技术的冲击回波波速法进行测试孔道灌浆密实度，如果图1所述结构为多排波纹管、底部边界不明确、波纹管距离测试面小于10cm的结构，如图3所示，图3a为测试孔道所在位置的混凝土较厚，底部边界不明确的结构图，图3b为两孔道并排，且从下往上测底部边界不明确的孔道结构图；图3c为结构倒角孔道，底部边界不明确；图3d为三孔并排，且从下往上测底部边界不明确，以上几种情况采用冲击回波测速法测试，因其结构导致测试结果精度低，如孔道三孔并排时，测试信号会受并排孔道的影响，若其中一个孔道不密实，测试结果就不密实，这样不清楚是哪一个或几个孔道不密实导致的，在底部边界不明确时，分析过程中无法确定一个底部反射作为判断基准，无法分析。

发明人发现在采用以测试结构固有频率作为检测灌浆孔密实度方法的过程中，当灌浆密实且浆液硬化后，与周围的混凝土本身差异较小，即灌浆密实孔道与混凝土本身的刚性、质量接近，如图4a、图4b、图4c所示，图4a表示无孔道混凝土位置激振影响范围及测试示意图，图4b为密实孔道位置激振影响范围及测试示意图，图4c为不密实孔道位置激振影响范围及测试示意图，得出图4c孔道不密实，刚性、质量与无孔道混凝土、密实孔道位置存在较大差异，则其主频与无孔道混凝土、密实孔道位置处测得的主频差异较大，故可以测试无灌浆通道位置的共振图谱作为孔道密实处的测试结果，起到标定作用。

其中，测试结构的固有频率相对于以弹性波传播速度相比，尤其是针对一些底部边界不明确、波纹管距离测试地面小于10cm等特殊结构，检测精度更高。

检测精度更高的原理如下：

采用固定频率的测试方法时，由于固有频率是结构本身的频率，使用激振装置是为了使结构混凝土在一定范围内振动，加速度传感器测试获得的该振动频率即混凝土结构的固有频率，将该测试获得的测试孔混凝土固有频率与无孔道混凝土频率进行对比，如果频率接近则说明该测试孔道的为密实孔道。如果不接近则说明该孔道不密实。该方法能解决不适合采用冲击回波等效波速法测定预应力孔道灌浆密实度的四种孔道结构。

基于此，发明研究并设计一种基于弹性波共振偏移特性的桥梁预应力孔道灌浆密实度的测试方法，包括以下操作步骤，如图12所示：

1)首先按照图2所示在实验装置上安装好加速度传感器，并将加速度传感器通过低噪声信号电缆连接到灌浆密实度测试仪主机上；灌浆密实度测试仪为四川升拓检测技术股份有限公司生产并销售的测试仪；

2)根据设计图或电磁波混凝土雷达标出预应力孔道的中心线位置，并将加速度传感器采用耦合剂固定在中心线位置，如图2所示，将激振锤安装在加速度传感器s旁边的3-6cm位置处，激振锤安装的位置连成线与管道的中心线平行；

步骤2)中的激振锤直径为17mm，激振过程中，加速度传感器采集相应的频率数据；

3)把加速度传感器固定在无孔道的混凝土上，测试一条线，如图2所示测试点a、b、c、d、e、f、g连成的线，与孔道混凝土上测试的测试线一致，将此条测试线获得的频率数据作为灌浆密实孔道的频率数据；

4)根据设计图或电磁波混凝土雷达得到测试点距离测试孔道的深度h，h表示产生振动的混凝土范围；

5)对各点测试的数据进行频谱分析，激振锤自振频率如图5所示，密实孔道固有频率如图6a所示，不密实孔道固有频率如图6b所示，激振锤诱导与其自振频率接近的固有频率示意图如图7a和图7b所示，无孔道位置测试的频谱图如图8所示，灌浆密实处测试的频普图如图9所示，灌浆不密实处测试频谱图如图10所示；

6)将测试的数据数列展开，对所有的数据进行频谱分析，再进行等值线成图，得到图11所示，图11中从下往上0—1m范围内，共振增强的固有频率为15khz左右，与激振装置在无孔道位置测试的固有频率一致，而1—2m范围内，固有频率发生变化，频率为17khz左右，位置发生偏移，可判断此孔道0—1m范围灌浆密实，1—2m范围灌浆不密实。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。