一种钢管混凝土顶部脱空高度、面积计算方法技术

本发明专利技术涉及一种钢管混凝土顶部脱空高度、面积的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：将确定的钢管内半径、管壁厚度以及超声波在钢管和混凝土中的传播速度、超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时代入钢管混凝土顶部脱空高度的计算模型，得到钢管混凝土顶部脱空高度；所述脱空高度的计算模型为

【技术实现步骤摘要】
一种钢管混凝土顶部脱空高度、面积计算方法
本专利技术涉及工程建筑检测分析领域，具体涉及了一种钢管混凝土顶部脱空高度、面积计算方法。
技术介绍
钢管混凝土是钢管和混凝土组合而成的协同工作结构，其特殊的组合方式不仅使得混凝土在内部呈三轴受压状态，同时也弥补空钢管的稳定性，充分利用两者的特性让整个结构具有良好的载荷能力。然而，由于混凝土材料本身的收缩特性以及施工和使用过程中可能出现的浇筑方式、环境温度、材料徐变等因素的影响，钢管混凝土拱桥往往会出现脱空现象，管内混凝土的脱空会直接影响钢管与混凝土之间的协同工作，甚至会影响到结构的承载力和耐久性。而应对脱空问题，最重要的就是定量分析脱空的程度。目前测试管内混凝土脱空的方法有较为简单的人工敲击法、直接钻芯取样法等，前者很依赖操作人员的经验，后者直接损害了结构完整性，不宜大量检测。近年来发展起来的无损检测方法有超声波检测法、红外热像法、压电陶瓷法、冲击回波法等。在众多技术中，超声检测技术因其方便操作、成本低、原理简单等优点，已经成为了钢管混凝土的脱空检测的首选方法。然而，超声波检测法应用于钢管混凝土结构时，只能定性确定脱空区域位置和相对脱空程度，无法定量确定脱空高度。目前公开的采用超声波法分析脱空情况的定量方法有文献1和文献2。两者均提出了定量计算混凝土脱空高度的方法。但是文献1和文献2所采用的超声波传播路径相较于真实路径进行了较大程度的简化，精度较低，因此所提出的定量计算混凝土脱空高度的方法计算的脱空高度相对误差较大，准确度低。此外，两者的模型均为隐式模型，计算时需要不断迭代计算，十分繁琐，而目前还没有相关显式计算模型的研究。因此，提出一种钢管混凝土顶部脱空区域直接定量计算方法对快速定量评价钢管混凝土的灌注密实性非常关键。现有技术文献文献1：专利文献CN106959341A文献2：期刊文献《超声波法测定钢管混凝土脱空量》
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术超声波检测法应用于钢管混凝土结构时，存在的定量脱空区域特征值相对误差大、准确度低、计算繁琐等技术问题，提供了一种钢管混凝土顶部脱空高度、面积的计算方法，该方法可以快速准确的定量出钢管混凝土顶部脱空高度和脱空面积，且相对误差小，准确率高。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种钢管混凝土顶部脱空高度的计算方法，包括以下步骤：步骤1、确定钢管内半径、管壁厚度、超声波在钢管和混凝土中的传播速度、超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时；步骤2、将步骤1确定的钢管内半径、管壁厚度以及超声波在钢管和混凝土中的传播速度、超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时，代入钢管混凝土顶部脱空高度的计算模型，得到钢管混凝土顶部脱空高度；所述脱空高度的计算模型为；其中，h为钢管混凝土顶部脱空高度，单位为米(m)；t为首波声时，单位为秒(s)；r为钢管内半径，单位为米(m)；d为钢管壁厚，单位为米(m)；vs和vc分别为超声波在钢管和混凝土中的传播速度，单位为m/s。本专利技术提出了一种钢管混凝土顶部脱空高度的计算方法，该方法通过分析钢管混凝土中超声波的传播过程，揭示了超声波在顶部脱空的钢管混凝土中的传播路径，并简化其传播路径，建立了基于显式表达的钢管混凝土脱空高度简化计算模型，该方法通过显式表达，可在工程现场无损检测的条件下对钢管混凝土顶部脱空程度进行快速计算，相对误差小，准确率高，避免了传统无损检测方法只能定性分析、传统有损检测方法造成结构损伤等问题，实现了钢管混凝土灌注密实度的无损快速准确评估。进一步的，所述脱空高度计算模型采用弧度制计算。进一步的，步骤1中超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时的测定方法为：在钢管混凝土钢管外壁两对侧，顶部和底部分别安装超声波传感器，采用超声波检测仪测量超声波在钢管混凝土顶部传感器和底部传感器之间传播的最短时间，即首波声时。进一步的，所述脱空高度计算模型计算脱空范围为2(mm)～0.5r，r为钢管(9)内半径，单位为m。进一步的，超声波在钢管中的传播速度由以下方法测定的：传感器通过超声波耦合剂与所述钢管良好接触，传感器放置在钢管外壁两对侧，测量n次，取平均值作为超声波在钢管中的传播速度vs,其中n≥3。进一步的，所述传感器与所述钢管达到良好接触的方法：首先将测试面(钢管、混凝土表面)干净平整处理；其次采用超声波耦合剂使得传感器探头和测试面完整接触。为了保证传感器探头和测试面完整接触，测试面保证没有泥沙等细小颗粒，若不光滑需要用砂纸适当打磨平整。而且需要采用耦合剂如黄油。防止探头和测试面中间存有空气，影响超声波传播。本专利技术还提供了一种钢管混凝土顶部脱空面积的计算方法，包括以下步骤：将上述脱空高度模型计算得到的脱空高度代入钢管混凝土顶部脱空面积计算模型中，得到脱空面积，所述脱空面积计算模型为其中，S为脱空面积，单位为平方米。本专利技术还提出了一种钢管混凝土顶部脱空面积的计算方法，该方法通过分析钢管混凝土中超声波的传播过程，揭示了超声波在顶部脱空的钢管混凝土中的传播路径，并简化其传播路径，建立了基于显式表达的钢管混凝土脱空高度、面积简化计算模型，结合钢管混凝土的测量参数和建立的简化模型，能直接计算确定脱空高度以及脱空面积，从而准确评估管内混凝土的灌注密实度，分析加固措施和注浆体积。该方法通过显式表达，可在工程现场无损检测的条件下对钢管混凝土顶部脱空程度进行快速计算，相对误差小，准确率高。进一步的，所述脱空面积计算模型采用弧度制计算。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种钢管混凝土顶部脱空高度、面积的计算方法，该方法通过分析钢管混凝土中超声波的传播过程，揭示了超声波在顶部脱空的钢管混凝土中的传播路径，并简化其传播路径，建立了基于显式表达的钢管混凝土脱空高度简化计算模型，结合钢管混凝土的测量参数和建立的简化模型，能直接计算确定脱空高度以及脱空面积，从而准确评估管内混凝土的灌注密实度，分析加固措施和注浆体积。该方法通过显式表达，可在工程现场无损检测的条件下对钢管混凝土顶部脱空程度进行快速计算，相对误差在10％以内，准确率高，避免了传统无损检测方法只能定性分析、传统有损检测方法造成结构损伤等问题，实现了钢管混凝土灌注密实度的无损快速准确评估。附图说明图1是测定超声波在钢管中传播速度的测点分布图。图2是测定超声波在混凝土中传播速度的测点分布图。图3是超声波精确模型的传播路径及计算模型相关参数示意图。图4是图3中M方块区域的放大示意图。图5是超声波简化后模型的传播路径及计算模型相关参数示意图。图6是计算方程和简化模型计算得到的脱空高度对比图。附图标记：7-脱空区域；8-混凝土；9-钢管；10-传感器。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细的说明。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢管混凝土顶部脱空高度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、确定钢管(9)内半径、管壁厚度、超声波在钢管(9)和混凝土(8)中的传播速度、超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时；/n步骤2、将步骤1确定的钢管(9)内半径、管壁厚度以及超声波在钢管(9)和混凝土(8)中的传播速度、超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时，代入钢管混凝土顶部脱空高度的计算模型，得到钢管混凝土顶部脱空高度；/n所述脱空高度的计算模型为/n

【技术特征摘要】
1.一种钢管混凝土顶部脱空高度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、确定钢管(9)内半径、管壁厚度、超声波在钢管(9)和混凝土(8)中的传播速度、超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时；
步骤2、将步骤1确定的钢管(9)内半径、管壁厚度以及超声波在钢管(9)和混凝土(8)中的传播速度、超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时，代入钢管混凝土顶部脱空高度的计算模型，得到钢管混凝土顶部脱空高度；
所述脱空高度的计算模型为

；
其中，h为钢管混凝土顶部脱空高度，单位为米；t为首波声时，单位为秒；r为钢管(9)内半径，单位为米；d为钢管(9)壁厚，单位为米；vs和vc分别为超声波在钢管(9)和混凝土(8)中的传播速度，单位为m/s。


2.根据权利要求1所述的钢管混凝土顶部脱空高度的计算方法，其特征在于，所述脱空高度计算模型采用弧度制计算。


3.根据权利要求1所述的钢管混凝土顶部脱空高度的计算方法，其特征在于，步骤1中超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时的测定方法为：在钢管混凝土钢管(9)外壁两对侧，顶部和底部分别安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈正，吴昌杰，徐文，叶增鑫，刘加平，王建军，解威威，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45