超声波检测预应力混凝土T梁裂缝

刘汝生 李先超 梁嘉彬

1 概述

随着我国经济的发展，在目前的土木建设工程中，以混凝土结构占主导地位。混凝土结构由于内外因素的作用不可避免地存在裂缝，而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。传统的混凝土裂缝深度检测方法采用跨缝钻取芯样或钻孔压水进行裂缝深度观测，这些传统方法既操作不便又对混凝土结构造成局部破坏，而且检测的裂缝深度局限性很大。采用超声波脉冲法检测混凝土裂缝深度，既方便省事，又不受裂缝深度限制，而且可以进行重复检测，以便观察裂缝发展情况。

2 超声波单面平测法检测原理和方法

2.1 超声波单面平测法检测基本原理

将电—声换能器接触在混凝土表面，由发射换能器发射的超声波被接收换能器接收，超声波在混凝土中遇到裂缝时将产生绕射、反射和衰减。根据声时、波幅等参数变化，通过回归分析，由此判别和计算裂缝深度大小。

2.2 超声波单面平测检测方法

当结构的裂缝部位有一个可测表面估计裂缝深度又不大于500 mm时，可采用单面平测法。平测时应在裂缝的被测部位以不同的测距按跨缝和不跨缝布置测点，布置测点时应用钢筋混凝土雷达定位仪确定裂缝检测区域的钢筋位置，避开钢筋的影响进行检测，其检测步骤如下:

1)将T，R换能器置于裂缝附近同一侧，分别测量两个换能器内边缘间距li'=100 mm，150 mm，200 mm，250 mm……的声时值ti。由于超声波的实际传输距离要大于两个换能器内边缘间距，并且很难直接确定，为了求取的超声波传播声速值误差最小，应采用最小二乘方法来做线性回归，以便确定较为精确的超声波实际传输li距离以及不跨缝时混凝土中的超声波传播声速值，见图1。线性回归方程如下:

其中，v为回归系数，即为不跨缝时混凝土中的声速值，km/s;a为回归常数。

2)将T，R换能器置于以裂缝为轴线的对称两侧(见图2)。两换能器中心连线垂直于裂缝走向，以li'=100 mm，150 mm，200 mm，250 mm，300 mm分别读取声时值toi，同时观察首波相位的变化。

3)各测点裂缝深度计算值按式(2)计算。

测试部位裂缝深度的平均值按式(3)计算。

其中，hci为裂缝深度;l为超声测距;ti为不跨缝测量的混凝土声时;为跨缝测量的混凝土声时;v为不跨缝测量的混凝土声速。

2.3 裂缝深度的确定方法

1)三点平均值法:在跨缝测试发现首波反相时，用该测距与其两个相邻测距的声时测量值分别计算hci，取三点hci的平均值作为该裂缝的深度hc。

2)平均值加剔除法:当跨缝测量难以发现首波反相时，可先求出各测距计算深度(hci)的平均值(mhc)。再将各测距li'与mhc相比较，若测距li'＜mhc和li'＞3mhc，则剔除hci，取余下hci的平均值作为该裂缝深度hc。

3 工程概况

某黄河大桥，主桥为先简支后连续箱梁，全桥共计38片梁。该桥2片跨度50 m的预应力混凝土T梁在预制过程中出现腹板开裂现象，裂缝方向均为垂直于梁体轴线的竖向裂缝，从两片梁上分别选取5条主要裂缝对此采用超声波单面平测法检测裂缝深度。裂缝分布见图3，图4。

4 测试结果及分析

使用非金属超声波检测仪采用单面平测法检测裂缝深度，测试结果见表1。

表1 裂缝测试结果

从表1中可以得到:T梁腹板裂缝宽度范围在0.11 mm～0.26 mm，裂缝长度范围为99 cm～195 cm，裂缝较深。梁体腹板竖向裂缝具有相似的特征，呈中间宽、两端窄的枣核形，属于典型混凝土早期收缩裂缝。此外，梁体浇筑后保温、保湿措施不周，混凝土水化热与环境温差共同作用，加之腹板构造钢筋配置不足，混凝土龄期较短，抗拉强度较低，混凝土温度应力过大，造成腹板严重开裂。

5 结语

1)采用超声波单面平测法，检测出梁体腹板裂缝最大深度为82.6 mm，这对桥梁的安全性、使用性、耐久性造成了严重的影响，为评价裂缝对工程安全的影响提供了基本依据，以便相关单位采取有效措施，确保梁体质量。

2)此次测试中，裂缝走向均为与腹板纵向钢筋垂直的竖向裂缝，除保证T，R换能器的连线离开钢筋一定距离外，还要使T，R换能器的连线与穿缝钢筋轴线保持一定夹角。否则，极易造成超声信号“短路”。

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