钢管混凝土超声测试方法研究

作     者：檀永杰 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴智敏

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：钢管混凝土 超声波 CT成像 定量检测 MATLAB 

摘      要：超声波检测钢管混凝土内部缺陷的主要方法有：声时法、频率法、振幅法、波形法、多参数法等。这些方法虽然可以定性描述缺陷,但是存在着以下不足：首先,采用单个参数易发生错判、漏判;其次,如果采用多个参数则大大增加了工作量,且对设备要求较高,也对技术人员有了更高的要求;另外,后期数据处理繁琐,判读结果不直观。 在定量检测缺陷大小方面,多采用超声波路径的几何关系计算缺陷范围,该方法看似精确,但实际操作时无法将测点准确布置在关键计算点上,大大降低了检测精度。针对上述问题,本文主要做了以下工作： （1）测量了不同龄期混凝土的声速和强度,得到了本课题所使用的C50混凝土的“声速-强度关系,“声速-龄期关系,为后续研究提供了相关参数;（2）引入超声CT成像技术,对第一类缺陷（内部空洞或不密实区）的定量检测进行了较深入的研究,分析了钢管壁对首波路径的屏蔽作用,进而用MATLAB实现了SIRT算法和最短路径射线追踪算法,初步形成了超声CT成像程序,并将该程序应用到计算机数值模型试验和预置缺陷的物理模型试验,结果表明,超声CT成像程序能够定量检测钢管混凝土第一类缺陷,且成像结果对缺陷大小和位置的变化非常敏感;（3）创造性的采用“声时色谱图法,对第二类缺陷（核心混凝土与钢管壁之间的脱空和近壁空穴）的定量检测进行了深入研究,并讨论了测点密度对检测精度的影响。进行了预置缺陷的物理模型试验,仅以声时这一单一参数为基础,借助MATLAB的内插函数,形成了探测区域的声时分布色谱图,结果表明,声时色谱图法能够准确的反映第二类缺陷的范围和位置,达到了定量检测的目的,摆脱了现行定量检测方法以几何路径计算缺陷范围的思路,使缺陷检测变得直观、高效,最后给出了测点密度的参考范围;（4）将含有缺陷的钢管混凝土短柱进行了承载力试验,结果发现,缺陷尺寸越大承载力损失越大,第二类缺陷较第一类缺陷对承载力影响更大。 研究基本达到了预期的目的,即采用最简单的操作方法,最少的声学参数,实现了直观、高效、定量检测钢管混凝土内部缺陷的目标,但超声CT成像程序在算法优化和程序加速方面还有更多工作要做。