声波透射法讲义课件

原理 由发射换能器（探头）在砼内激发高频波，并用接收换能器记录波在砼内传播过程中的波动特征当砼内存在不连续或破损界面时如松散、蜂窝、孔洞、夹层时，将使波产生散射、反射、透射及绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置 1原理 由发射换能器（探头）在砼内激发高频波，并用接收换超声波频率v次声波的频率小于20Hz；v人耳能听到的正常声波为20Hz-20000Hz;v超声波的频率大于20kHz2超声波频率次声波的频率小于20Hz；2仪器设备v主要包手三个部分：发射换能器、接收换能及主机3仪器设备主要包手三个部分：发射换能器、接收换能及主机3传播路径4传播路径4与低应变区别v传播方向：低应变沿桩身纵截面传播，超声波沿横截面传播；v波长：低应变的波长为米级的(0.5-2.0m)，超声波的波长为厘米级的(4-8cm)v频率：低应变的频率从几百到几千Hz，超声波一般为30-50kHz5与低应变区别传播方向：低应变沿桩身纵截面传播，超声波沿横截面低应变与超声波的互校v如果某根桩动测定为类，请问超声波一定能测出或吗？v答：不一定，因为二者的测试方向不同，超声波只能测出有一定宽度的缺陷6低应变与超声波的互校如果某根桩动测定为类，请问超声波一定能波速比较v检测中用到的三种方法：高应变、低应变及声波透射法，它们波速之间的关系基本上是：高应变波速低应变波速超声波波速7波速比较检测中用到的三种方法：高应变、低应变及声波透射法，它波束扩散角v声波在平面上假定是可以全方位扩散，但是竖直方向上，它的扩散受到波长及换能器长度的制约，计算公式如下：8波束扩散角声波在平面上假定是可以全方位扩散，但是竖直方向上，波长计算v假设超声波频率为40kHz，波速为4500m/s，请问波长多少？v假设动测波的频率为3kHz，波速为3600m/s，请问波长多少？根据公式9波长计算假设超声波频率为40kHz，波速为4500m/s，请常见介质波速v通过了解常见介质的波速，有助于对砼缺陷的判断当砼内有空洞，则波速会大幅度下降；当测得声速很大，如大于6000m/s，则一定是管斜了；当声测位于5000-6000之间时，有可能上粗骨料集中或管斜了钢筋5900m/s砼4500m/s水1500m/s空气340m/s石灰石6100m/s10常见介质波速通过了解常见介质的波速，有助于对砼缺陷的判断当波幅分析v波幅的高低受到仪器、传感器灵敏度及发射能量的影响，不能说90db的桩质量一定比100db的桩身质量好不同厂家的换能器具有不同的分贝初始值不同的换能器、不同的桩径它们之间的波幅值是没有可比性的v波幅的衰减性受到 桩材不均匀性、声波传播路径、点源距离 影响，所以，同一根桩，不同的管距，其波幅是不一样的11波幅分析波幅的高低受到仪器、传感器灵敏度及发射能量的影响，不波幅算例v波幅本质上反映的是声压大小，规范规定，当波幅小于平均值6db时，可定为异常点v若平均波幅Am=90db，当A=84db时，测点声压比值为多少？v据12波幅算例波幅本质上反映的是声压大小，规范规定，当波幅小于平均管距计算v受到各方因素的影响，声测管在桩头经常会歪掉，使桩顶管距与实际偏离较大作为一个检测人员，应该知道各种直径桩的标准管距例如，对于1000mm径的管桩，当三个管距的管距为800mm、700mm及830mm时，则明显是错误的v请计算1000 1200 1500 及2000mm的标准管距?13管距计算受到各方因素的影响，声测管在桩头经常会歪掉，使桩顶管管距算例v桩直径为1000mm，钢筋笼内径900mm，声测管直径为50mm，因为三根管夹角均为120度（A B均表示声测管园心位置）经计算可得：OB=425mm，AB=2*cos30*425=736mm，再减掉管直径50mm，得到管距为686mm14管距算例桩直径为1000mm，钢筋笼内径900mm，声测管直声测线排水体积v规范规定：管口应高出桩头10mm以上这个规定只是个最小值，实际操作中不很不够的v例如，对于一根60m的长桩，声测管内径50mm，声测线直径6.5mm，换能器的长度为250mm，换能器直径30mm，若管口与桩顶平，计算桩顶以下多少长度水会被排出，导致测不到桩顶砼？15声测线排水体积规范规定：管口应高出桩头10mm以上这个规定声测线排水体积（续）16声测线排水体积（续）16大直径桩检测v大直径桩（如大于180cm)检测时，宜采用高电压1000V，先保证发射能量足；v另外，应采用低频率因为高频率的波，穿透能力弱，距离短，不利于大直径桩检测；v最后，波形分析时，因为大直径桩的能量衰减大，波形较凌乱，波幅离散性大，应从宽判定桩身完整性类别17大直径桩检测大直径桩（如大于180cm)检测时，宜采用高电压声速、波幅与缺陷关系v当声速较高，波幅下降，一般是因为砼离析、粗骨料集中引起的因为石头的声速高，且使声波绕射，能量损失大v当声速较低，波幅较高时，一般是因为砼离析、细骨料集中引起的因为砂子声速低，且声波穿过时能量损失小v当声速较低，粗骨料少；波幅较低，有空洞蜂窝，该桩质量问题严重18声速、波幅与缺陷关系当声速较高，波幅下降，一般是因为砼离析、龄期未到检测v测得声速普谝较低，如正常波速为4500m/s，有可能只测到3600m/s；v另外，波速虽然低，但离散性较小，即n个测点的标准差很小v因为强度不够，波幅也相应较低，且离散性偏大19龄期未到检测测得声速普谝较低，如正常波速为4500m/s，有声速、频率与波幅与砼质量关系v声速：若混凝土均匀，各断面所测得声时值基本相同；桩身有缺陷，缺陷部位对应的声时加大、声速降低。v频率：超声波脉冲穿过混凝土时，各频率成份声波衰减程度不同，高频部分衰减大，因而接收信号的主要频率向低频端漂移，桩身有缺陷，接收的频率明显降低。v波幅：桩身有缺陷，接收的波幅降低离散性大；没有缺陷时，波幅均匀20声速、频率与波幅与砼质量关系声速：若混凝土均匀，各断面所测得未采到波形原因分析v检测声测管内有没有水，无水时声波接收不到，肯定没信号；v换能器工作不正常，如果发射端坏掉，则听不到嗒嗒的发射声；v桩声砼严重离析，声波能量很弱使得接收端接收不到信号；v接头损坏21未采到波形原因分析检测声测管内有没有水，无水时声波接收不到，经典波形22经典波形22影响砼波速原因v龄期：规范规定，强度应达到设计值的70%，且不小于15MPa；v粗细骨料属性：如果粗骨料的含量多且其波速高，则砼的波速也较高；v砼强度等级23影响砼波速原因龄期：规范规定，强度应达到设计值的70%，且不PSD计算vPSD是判定桩类别的一个重要指标，它表示声时变化的平方与距离之比vPSD是一个非常敏感的指标，任何缺陷的变化，都会使PSD发生大的变化v使用PSD时可以克服由于管斜而造成声速无法使用的情况，因为PSD对应的距离为测点间距，管斜不会累加v但是，对PSD变化多少，它相应的情况是怎样？24PSD计算PSD是判定桩类别的一个重要指标，它表示声时变化的桩身夹层PSD计算v假设在夹层中的波速为3500m/s，正常波速为3800m/s，测点距为20cm，管距为0.8m，该处的PSD?25桩身夹层PSD计算假设在夹层中的波速为3500m/s，正常波桩身夹层PSD计算（续）26桩身夹层PSD计算（续）26桩身空洞PSD计算空洞半径15cm,测点间距20cm，管距0.8m，正常砼波速3800m/s，空洞处声波绕形，按图计算PSD?27桩身空洞PSD计算空洞半径15cm,测点间距20cm，管距0桩身空洞PSD计算（续）28桩身空洞PSD计算（续）28桩身蜂窝PSD计算v蜂窝直径15cm，管距0.8m，测距20cm，正常波速3800m/s，在蜂窝中波速为2500m/s，假设波穿过蜂窝，计算PSD?29桩身蜂窝PSD计算蜂窝直径15cm，管距0.8m，测距20c桩身蜂窝PSD计算（续）30桩身蜂窝PSD计算（续）30波速临界值确定v将所测得的声速vi按从大到小依次排列；v对从0开始遂一去掉vi序列中最小值后的数据进行统计，当去掉最小数值后的数据个数为k时，对余下v1vn-k按公式进行统计；v将vn-k与异常判断值v0进行比较，当vn-kv0vVo即为异常值31波速临界值确定将所测得的声速vi按从大到小依次排列；31波速临界值算例32波速临界值算例323333去大值法v旧规范讲的是去小值法，即明显小的波速给予排除。v新的规范里，采用双向剔除法，即异常大值法也要去除。计算公式与去小值类似。34去大值法旧规范讲的是去小值法，即明显小的波速给予排除。34波速计算v若表格中将管距改成800mm，声时不变，计算各测点的声速值。从中可以得到管距变化对声速的影响。测点声时us 声速m/s1225.635462237.633673238.433564239.233445248.032266240.0333335波速计算若表格中将管距改成800mm，声时不变，计算各测点的波幅临界值v计算平均值：Am=105；v最小值Amin=98v根据公式v所以，2点为异常点36波幅临界值计算平均值：Am=105；36PSD计算37PSD计算37能量法计算v能量法判别标准是将前面3-5个波幅相加，作为波幅判别标准。v常规的方法只是将首波的波幅作为评判标准，这实际上不是很准的。38能量法计算能量法判别标准是将前面3-5个波幅相加，作为波幅判斜测v单采用平测是发现某些测点附近声测线异常，这时，应采用斜测进行复测。如果在同一标高处，斜测的结果没有异常，则可说明该缺陷在声测管附近，且缺陷范围小。39斜测单采用平测是发现某些测点附近声测线异常，这时，应采用斜测声波缺陷4.8-5.8m40声波缺陷4.8-5.8m40离析长度0.9m41离析长度0.9m41缺陷5.2-6.4m42缺陷5.2-6.4m42离析长度1.1m43离析长度1.1m43缺陷6.7-7.9m44缺陷6.7-7.9m44离析长度约0.7m45离析长度约0.7m45桩身完整46桩身完整46缺陷21.0-22.2m47缺陷21.0-22.2m47严重离析21.9-22.7，芯样提不上来48严重离析21.9-22.7，芯样提不上来48芯样完整49芯样完整49缺陷 18.0-18.4m 及35.6-36.4m50缺陷 18.0-18.4m 及35.6-36.4m50蜂窝38.3-38.9m51蜂窝38.3-38.9m51蜂窝23.4-24.0m52蜂窝23.4-24.0m52