ITECS技术在检测混凝土结构时的信号分析

丁 乐

（湖南城市学院 信息科学与工程学院 湖南益阳 413000）

ITECS技术在检测混凝土结构时的信号分析

丁 乐

（湖南城市学院 信息科学与工程学院 湖南益阳 413000）

ITECS（Integrity test equipment for concrete structures）是一种多功能混凝土结构无损检测系统，该仪器内置有弹性波信号的分析软件，通过分析信号的特征可以计算结构体厚度，推算混凝土的抗压强度、裂缝深度，探测结构内部空洞和注浆饱满度和密实度。本文通过对结构内部缺陷的检测实例来研究对应的信号规律。结果表明，对信号进行频谱分析后，在结构内部出现空洞情况时，峰值频率延后出现，数值增大；结构内部出现离析时，情况相反。

ITECS;无损检测;混凝土;傅里叶变换;频谱分析

1 引言

ITECS是一种利用冲击弹性波的多功能混凝土结构非破损检测新技术。它基于美国的M.Sansalone博士等于1984年提出的冲击回波法，其原理是在混凝土结构表面产生冲击荷载，一般使用钢球敲击，在结构内产生波动并传播，利用敲击点附近的接收传感器检测结构内的波动。弹性波每次到达测试结构的表面都会出现一个典型的振动速度，采集到速度波形后，将时域信号，即速度-时间的曲线转换成振幅-频率曲线表示的频域信号，分析波形的分布规律，可以研究结构内部的异常状况。

2 检测结构厚度和内部缺陷时的信号规律研究

用敲锤轻轻敲击混凝土结构表面产生弹性波，在测定面和与测定面平行的反射面之间弹性波产生多重反射，反射过程中出现波长为混凝土结构厚度 2倍的驻波。通过分析驻波的频率将波长的一半作为混凝土结构的“厚度”T。

图1 检测系统示意图

式中：CP--弹性波传播速度;

f--振幅谱中与振幅峰值相对应的频率；

结构内有空洞的情况下,弹性波被空洞界面反射，反射时间缩短,反映在ITECS 所测定的结构厚度会变薄,如图 2(b)所示.当混凝土结构内存在离析等缺陷时,弹性波传播速度会降低、反射时间变长, 其结果是ITECS 所测定的结构厚度会超过实际厚度, 见图 2(c).

图2 混凝土内部的状况与弹性波传播模式

3 检测实例及信号分析

三小营南桥(图3)是位于廊坊市安次区的万庄镇，该桥与上世纪的 90年代修建，桥梁结构形式为T梁，其翼板宽为1.6m，梁肋高为0.4 m ,宽为 0.4 m ,该T梁表面有多处出现蜂窝麻面的状况, 利用 ITECS检测技术，对其完好处及麻表面缺陷处进行厚度测定.

由式（1）可知，计算构件厚度T值前，要提前设定好弹性波的速度CP，肋梁的厚度已知，在此处测定时，将仪器的测定模式设为弹性波测定，输入构件厚度值40cm。在弹性波速度测定线上，将仪器的传感接收器置于侧线的最左上角，在测线中点敲击，记录波形，测量两组数据。将接收点和敲击点均向右下偏移30cm，重复测定，同样记录2组数据。取4组数据的均值为该T梁的弹性波的传播速度的代表值。通过反算，可以求出弹性波的传播速度，为3500m/s.

图3 三小营桥全貌

图4 T梁测试示意图

厚度测定方法：取麻面严重的T梁表面区域，以20cm为间距设置如图示的矩阵点状集合，将测定模式设置为厚度设定，弹性波的速度设定为3500m/s.，将传感器置于2点位置，分别在1，5两点位置进行敲击，记录两组波形数据。将传感器置于5和8的位置，重复上述操作，记录数据，并并行傅里叶变换，计算T梁测试厚度。

表一 厚度测定结果 数据分析：

（1）在测试区域上部侧线123位置，肉眼可以观察到有表面蜂窝麻面的状况，弹性波延时传播，峰值频率相对下两条侧线的数值减小，推算的T梁的梁肋厚度多出2cm，测试结果与实际情况一致。

（2）在测试区域的左下角位置，出现了峰值频率加大的情况，换算厚度减小，根据与桥梁的设计图纸的对比，该部位靠近加筋位置，可能存在破损空洞，导致弹性波提前反射，通过类似的检测方面，可以在疑似缺损位置，多次检测，多组数据分析，来确定空洞的大概位置，为加固和修复提供参考依据。

4 结论

ITECS技术作为近年来新发展起来的无损检测技术，还有很多对测试结果产生影响的因素需要进一步进行研究。检测过程中，传感器与敲击点的距离，敲击力度大小和激发源的作用时间等因素都对传感器接收到的波形产生重要影响，后续的数据处理过程中，频谱分析的方法也有多种，要根据测试所需精度和噪声干扰情况选取傅里叶变换或最大熵谱等分析方法对质点振动速度进行综合评判。混凝土结构内部的缺陷情况非常复杂，在现阶段的测试研究过程中，需要测量多个数据样本进行对比分析，才能大致确定出现缺陷的区域范围.

[1]丁乐.ITECS检测技术在检测混凝土圆柱结构中的应用[D].北京交通大学,2012

[2]聂文龙等，利用ITECS检测桥梁结构混凝土内部的缺陷[J].北京交通大学学报, 2013,37(4):148-152；

[3]聂文龙 ITECS检测混凝土内部缺陷的[D].北京交通大学, 2012

[4]邵伟跃等.ITECS技术在混凝土结构厚度检测中的结果分析[J]交通建设与管理，2012.9:35-37

[5]魏来.基于ITECS技术测定混凝土的裂缝深度[J].北京交通大学学报, 2013, 37(4):143-147；

TU528

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1007-6344（2016）07-0261-01

丁乐（1987-），男，硕士，湖南桃江人，湖南城市学院讲师，研究方向为道路工程。