一種混凝土預(yù)應(yīng)力管道成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混凝±預(yù)應(yīng)力管道成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝±橋梁預(yù)應(yīng)力技術(shù)是指在混凝±結(jié)構(gòu)承受作用荷載前，預(yù)先對(duì)受拉區(qū)域施加 壓力來抵消或減小作用荷載所引起的拉應(yīng)力，從而推遲或避免混凝±裂縫的出現(xiàn)和生長(zhǎng)， 提高橋梁的剛度和抗裂性能。預(yù)應(yīng)力技術(shù)已成為我國(guó)"十一五"規(guī)劃及2020年中國(guó)±木工 程科學(xué)和技術(shù)發(fā)展橋梁建設(shè)目標(biāo)中的重點(diǎn)推廣技術(shù)。
[0003] 混凝±預(yù)應(yīng)力管道注漿是預(yù)應(yīng)力技術(shù)實(shí)施中的關(guān)鍵步驟，可保護(hù)預(yù)應(yīng)力管道，避 免其鎊蝕，保證預(yù)應(yīng)力管道的安全壽命；保證預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝±良好結(jié)合，使預(yù)應(yīng)力得到 有效傳遞；同時(shí)可控制超載時(shí)裂縫的間距和寬度，避免預(yù)應(yīng)力鋼筋銷固端應(yīng)力過分集中。另 外注漿還可消除預(yù)應(yīng)力混凝±構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下，由于應(yīng)力變化對(duì)銷具造成的疲勞破 壞，提高結(jié)構(gòu)的可靠度和耐久性。所W，管道注漿質(zhì)量的優(yōu)劣是預(yù)應(yīng)力鋼絞線在橋梁使用過 程中確保長(zhǎng)期提供預(yù)應(yīng)力的重要影響因素之一。若混凝±預(yù)應(yīng)力管道注漿過程中管道注漿 不密實(shí)將會(huì)降低預(yù)應(yīng)力管道結(jié)構(gòu)設(shè)施的耐久性從而影響其運(yùn)營(yíng)的安全性，國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)多 起因預(yù)應(yīng)力管道注漿不密實(shí)引起的橋梁跨塌事故。因此，對(duì)預(yù)應(yīng)力管道在混凝±中成像分 析，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管道的準(zhǔn)確定位和檢測(cè)對(duì)橋梁建設(shè)和現(xiàn)有橋梁安全性檢測(cè)具有重要指導(dǎo)意 義。
[0004] 目前，檢測(cè)橋梁預(yù)應(yīng)力管道注漿密實(shí)度的方法主要有鉆芯法、雷達(dá)法、紅外法、射 線法和應(yīng)力波檢測(cè)法。鉆芯檢測(cè)是最早使用的傳統(tǒng)技術(shù)，屬于局部破損檢測(cè)方法，只能按規(guī) 定的比例進(jìn)行檢測(cè)。該方法是最為直觀有效的檢測(cè)方法，但該方法工作量大，效率低，費(fèi)用 高，且會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束造成損壞，多用于無損害檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)異常時(shí)的驗(yàn)證性檢測(cè)。雷達(dá)法是 利用高頻電磁波W寬頻帶短脈沖形式，由結(jié)構(gòu)物表面通過發(fā)射天線定向傳入地下，經(jīng)過存 在電性差異的混凝±反射后返回表面被接收天線接收，通過所接受的雷達(dá)圖像的不同分析 混凝±的缺陷。但由于金屬材料的強(qiáng)誘電性使得雷達(dá)法在密集鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)中無法進(jìn)行 測(cè)試。紅外法和射線法利用射線的穿透性和直線性，在橋梁的兩端分別發(fā)信和受信，檢測(cè)像 片中感光的濃淡程度完成測(cè)試孔道的灌漿密實(shí)度。但此類設(shè)備復(fù)雜、鹿大，測(cè)試費(fèi)用高，放 射性強(qiáng)，危險(xiǎn)性大，使其應(yīng)用受到了限制。應(yīng)力波檢測(cè)法包括超聲波檢測(cè)法和沖擊回波檢測(cè) 法。混凝±預(yù)應(yīng)力梁中的管道結(jié)構(gòu)體系是由水泥漿、孔隙、預(yù)應(yīng)力鋼筋和波紋管等組成的多 相復(fù)合體系，對(duì)高頻的超聲波信號(hào)衰減和干擾比較大，限制了超聲波檢測(cè)法的應(yīng)用。沖擊回 波法是一種基于應(yīng)力波回波信號(hào)頻譜分析的無損檢測(cè)法，其原理是利用沖擊產(chǎn)生應(yīng)力波， 在激發(fā)點(diǎn)附近接收回波信號(hào)并將信號(hào)通過快速傅里葉變換轉(zhuǎn)換至頻域中，通過分析主頻大 小評(píng)定結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷情況。而預(yù)應(yīng)力管道結(jié)構(gòu)為多相的凝聚體和具有彈、粘、塑性的非均質(zhì) 材料，應(yīng)力波在該種復(fù)雜體系中的傳播和效應(yīng)使得回波信號(hào)極為復(fù)雜，并且，傳統(tǒng)快速傅里 葉變換中回波信號(hào)的采集長(zhǎng)度和采樣率對(duì)主頻提取與頻率分辨率有較大的影響。由此，復(fù) 雜的回波信號(hào)與不同的信號(hào)采集參數(shù)影響了傳統(tǒng)快速傅里葉變換分析用于沖擊回波法在 管道注漿質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確評(píng)定，對(duì)于該種復(fù)雜的信號(hào)需要一種新的簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的分析方法 和成像方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)的混凝±預(yù)應(yīng)力管道 成像方法，為達(dá)到W上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種混凝±預(yù)應(yīng)力管道成像方法， 包括如下步驟：
[0006] (1)建立有限元模型：獲取混凝±、混凝±中管道各自的材料屬性，包括彈性模量 E、密度P和泊松比U，基于上述參數(shù)，建立包含管道與不包含管道的混凝±有限元模型；
[0007] (2)激發(fā)應(yīng)力波并獲取應(yīng)力波回波信號(hào)：對(duì)包含管道有限元模型，在混凝±外壁 對(duì)應(yīng)管道中也位置A處施加脈沖載荷，激發(fā)應(yīng)力波，在混凝±表面獲取與A同間距，上下位 置B、C，……，Bn_i、Cn_i，B。、C。系列對(duì)應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力波回波陣列信號(hào)；對(duì)不包含管道有限元模 型，在與包含管道有限元模型的同一位置a處，施加脈沖載荷，激發(fā)應(yīng)力波，在混凝±表面 與包含管道有限元模型相同位置b、C，……，Ivi、(VI，b。、C。系列對(duì)應(yīng)點(diǎn)處獲取應(yīng)力波回波 陣列信號(hào)；其中，n> 2,；所述脈沖載荷為半正弦力，其接觸時(shí)間為50US，幅值為100N;
[000引 做歸一化處理對(duì)步驟似中不同位置處接收的應(yīng)力波回波信號(hào)除W各應(yīng)力波 回波信號(hào)幅值的最大值，獲得兩種有限元模型的應(yīng)力波回波陣列信號(hào)各自的歸一化處理數(shù) 據(jù)；
[0009] (4)獲得差值陣列信號(hào)；將步驟（3)中進(jìn)行歸一化后的兩種有限元模型的應(yīng)力波 回波陣列信號(hào)進(jìn)行差值處理，并對(duì)差值取絕對(duì)值，得到差值陣列信號(hào)；
[0010] 妨信號(hào)放大處理：取步驟（4)中獲得的差值陣列信號(hào)，進(jìn)行幕次方，使信號(hào)幅值 增大m次方倍，獲得差值陣列信號(hào)放大數(shù)據(jù)，其中m> 2 ;
[0011] 做圖像堆積顯示：步驟妨中放大后的差值陣列信號(hào)中時(shí)間列為X方向排列，Y 方向?yàn)槲恢昧?，將差值陣列信?hào)的幅值與色碼表對(duì)應(yīng)，用顏色的變化表示差值陣列信號(hào)的 幅值大小，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的圖像堆積顯示。
[0012] 具體的，步驟（2)中，獲取應(yīng)力波回波陣列信號(hào)時(shí)，兩個(gè)相鄰接收信號(hào)位置的間距 為1畑1，采樣間隔為lus，采樣時(shí)間為Imso
[0013] 具體的，步驟（4)中，差值陣列信號(hào)是包含管道與不包含管道在相同接收位置處 歸一化后的應(yīng)力波回波信號(hào)進(jìn)行相減，并將相減后的數(shù)值取絕對(duì)值。
[0014] 作為優(yōu)選方案，步驟巧）中取差值陣列信號(hào)的平方，使信號(hào)的幅值增加2次方倍。
[0015] 具體的，步驟化）中，圖像堆積的方法為：差值陣列信號(hào)中時(shí)間列為X方向排列， Y方向?yàn)槲恢昧?，將差值陣列信?hào)的幅值與色碼表對(duì)應(yīng)，用顏色的變化表示差值陣列信號(hào)的 幅值大小。
[0016] 應(yīng)力波在混凝±中傳播時(shí)，會(huì)在混凝±外部界面和混凝±內(nèi)部存在波阻抗差異處 發(fā)生反射。當(dāng)混凝±中存在管道時(shí)，應(yīng)力波會(huì)在管道界面處發(fā)生反射，反射的應(yīng)力波即應(yīng)力 波回波可W由與混凝±表面接觸的壓電傳感器接收并由專用儀器保存應(yīng)力波回波數(shù)據(jù)。與 混凝±外部界面相比，管道處產(chǎn)生的應(yīng)力波回波比較弱，W致難W直接通過應(yīng)力波回波陣 列信號(hào)對(duì)管道進(jìn)行成像。根據(jù)線彈性理論，應(yīng)力波符合疊加原理，即包含管道的混凝±應(yīng)力 波回波信號(hào)可W由不包含管道的混凝±應(yīng)力波回波信號(hào)與管道應(yīng)力波回波信號(hào)相加獲取， 所w將包含管道的混凝±應(yīng)力波回波信號(hào)與不包含管道的混凝±應(yīng)力波回波信號(hào)相減就 可W得到管道的應(yīng)力波回波信號(hào)。因此根據(jù)該一原理，本發(fā)明通過接收同一激發(fā)點(diǎn)，相鄰 接收間距，不同接收位置的陣列回波信號(hào)，對(duì)歸一化后信號(hào)取差值，再對(duì)差值陣列信號(hào)進(jìn)行 幕次方放大處理，將放大后的數(shù)值信號(hào)與色碼表對(duì)應(yīng)，進(jìn)行可視化處理，形成形象具體的圖 像，為混凝±預(yù)應(yīng)力管道的檢測(cè)提供支持。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、處理效率高、準(zhǔn)確性強(qiáng)、圖像分 辨率高，為橋梁預(yù)應(yīng)力管道成像和預(yù)應(yīng)力管道注漿質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供有力支撐。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明所提供的一種混凝±預(yù)應(yīng)力管道成像方法的流程圖；
[0018] 圖2a示出了本發(fā)明方法中的包含管道有限元模型；
[0019] 圖化示出了本發(fā)明方法中的不包含管道有限元模型；
[0020] 圖3是本發(fā)明方法中通過模擬計(jì)算得到應(yīng)力波回波信號(hào)的流程圖；
[0021] 圖4a示出了n= 5時(shí)包含管道的應(yīng)力波回波陣列信號(hào)波形圖；
[0022] 圖4b示出了n= 5時(shí)不包含管道的應(yīng)力波回波陣列信號(hào)波形圖；
[0023] 圖5a示出了采用本發(fā)明方法處理后的管道應(yīng)力波回波成像結(jié)果；
[0024] 圖化示出了傳統(tǒng)應(yīng)力波回波成像結(jié)果。
[00巧]其中圖中各標(biāo)記的含義為；1-混凝±模型；2-混凝±中管道模型；A-包含管道有 限元模型中，脈沖載荷施加點(diǎn)；B-包含管道有限元模型中，距脈沖載荷施加點(diǎn)A距離為1cm 處應(yīng)力波回波信號(hào)接收點(diǎn)；B"_i-包含管道有限元模型中，距脈沖載荷施加點(diǎn)A距離為n-lcm 處應(yīng)力波回波信號(hào)接收點(diǎn)；B。-包含管道有限元模型中，距脈沖載荷施加點(diǎn)A距離為ncm處 應(yīng)