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1沖擊回波法檢測基本原理

垂直入射的反射系數R由(1)式給出。其中Z1、Z2表示材料1和材料2的波阻抗，表1給出幾種典型材料的波阻抗參數值。由表1可知，當彈性波由混凝土入射到空氣界面時，由于空氣阻抗遠小于混凝土，即R≈1，表明彈性波基本全部反射，產生一反射波，反射波傳回混凝土表面，并被貼合在激振點附近的壓電式加速度傳感器接收，轉換成電信號，經放大后存儲于計算機中。因為縱波為信號中的主要部分，因此厚度頻率的幅值峰在頻譜圖中可以清晰讀取。依據彈性波速度Vp和回波頻率，利用公式(2)計算得到混凝土厚度或缺陷位置。

1．1時域分析根據采集的信號來獲得缺陷或結構底面的反射波的經歷時長(tr)，并依據應力波在砼結構中的傳播速度(VP)，由式3可得混凝土梁厚度及缺陷深度。

1．2頻域分析將所記錄的數據信號通過快速傅里葉變換(FFT)轉換到頻域中進行處理，得到振幅譜圖，幅值譜圖中會出現不同的峰值，為沖擊界面、缺陷及相異材質間多次反射產生的瞬態共振所產生，且其結果更穩定，所以后面分析將采用頻域分析的方法。混凝土梁厚度及缺陷深度計算公式如式4。

1．3波速確定波速確定采用“直接確定法”［5］，使用已知厚度位置的混凝土結構進行標定，確定其傳播反射經時，按式2確定，采用頻率一般可以覆蓋現場檢測的需要。

2檢測過程

2．1檢測設備實驗采用的是四川升拓責任有限公司生產的預應力混凝土梁多功能檢測儀SPC－MATS，其主要由傳感器，放大器和主機構成，核心是數據采集和分析系統。激振方式采用不同直接鋼球敲擊，同一被測介質，直徑越小的鋼球，激振產生的應力波頻譜成份越豐富，且高頻成份較多，適應于檢測較薄的板。直徑越大，產生的應力波低頻成分較多，能檢測厚度較大的板［6］。而傳感器是采用壓電式加速度傳感器，頻域更寬，手持式讓使用更加方便。

2．2試驗模型制作

2．2.1厚度測試模型制作混凝土按C50配合比進行配置，分別制作尺寸為250mm×400mm×1000mm，350m×400mm×1000mm兩種尺寸模型梁，配有Φ24縱向鋼筋和Φ8箍筋，澆筑養護，達到齡期后進行測試［7］。利用沖擊回波法對每個面進行了三點檢驗［8］，并對該點進行鉆孔驗證，同尺寸面六個(正反)測試點波形基本相同，實測混凝土厚度結果如下表2，頻譜圖見圖1。由圖1藍線位置可以看出明顯的反射，是彈性波到達混凝土空氣界面所產生的反射，即為梁底反射，反射經時可直接從圖上讀出，計算平均厚度分別為250mm、351mm、405mm，與鉆孔驗證結果相比，誤差小于5%。

2．2.2混凝土內部缺陷檢測模型制作混凝土按C50配合比進行拌制，尺寸為500mm×500mm×1000mm，配有Φ24縱向鋼筋和少量構造筋，其中預先設置泡沫和空管模擬缺陷，綁扎固定在一根梁中心線穿過的縱向鋼筋上，尺寸及位置如下圖2所示。在實體面上布測試線，橫線9條縱線18條，網格為50mm×50mm。圖3和圖4為用儀器所檢測處理出的典型測試結果頻譜圖。由圖3看出清晰的梁底頻譜反射，圖中藍色線標出，由此位置反射經時得出板體厚度。由圖4與圖3對比可以推定，梁體明顯可以看出三處缺陷，所推定的缺陷大小依次為62cm、98cm、155cm與實際預設50cm、100cm、150cm，基本相同。缺陷位置稍有偏差，原因可能為振搗過程導致預設泡沫脫離，偏移所致。

3應用實例

檢測對象為某梁廠一變截面預制箱梁，設計腹板厚度為48cm，對其腹板厚度及內部缺陷進行測試，厚度測試結果見表3，檢測頻譜圖見圖3。測試結果表明:沖擊回波法的測試梁體厚度誤差小于5%，檢測所得頻譜圖能有明顯梁底反射，在距檢測端頭2.42m～2.49m處有明顯反射提前，識別為內部缺陷。

4結論

(1)沖擊回波法檢測方法操作簡單，只需要單一測試面完成檢測，檢測速度快，在實際工程中可操作性強。(2)利用不同材質波阻抗不同的反射原理，沖擊回波法能有效的檢測預制混凝土梁板的厚度，誤差滿足要求，可用于實際工程檢測。(3)試驗結果表明，儀器所得彈性波的傳播特性與混凝土內部損傷有很好的相關性，依據頻譜圖能讀出預制混凝土梁板內部缺陷，并且能確定其大至位置。(4)混凝土中缺陷的情況復雜，沖擊彈性波在其中的傳播也比較復雜，仍需要進一步對復雜缺陷的波形頻譜響應與缺陷的相關性進行研究，以便沖擊彈性波這種方法能更好的應用于實際工程。

作者：熊盡柯 郭亮 單位：中鐵二十四局集團貴溪橋梁廠有限公司 南昌航空大學 土木建筑學院