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， 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"十一五"規(guī)劃及2020年中國±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)實施中的關(guān)鍵步驟，可保護預(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；同時可控制超載時裂縫的間距和寬度，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 不密實將會降低預(yù)應(yīng)力管道結(jié)構(gòu)設(shè)施的耐久性從而影響其運營的安全性，國內(nèi)外已出現(xiàn)多 起因預(yù)應(yīng)力管道注漿不密實引起的橋梁跨塌事故。因此，對預(yù)應(yīng)力管道在混凝±中成像分 析，進行預(yù)應(yīng)力管道的準(zhǔn)確定位和檢測對橋梁建設(shè)和現(xiàn)有橋梁安全性檢測具有重要指導(dǎo)意 義。
[0004] 目前，檢測橋梁預(yù)應(yīng)力管道注漿密實度的方法主要有鉆芯法、雷達法、紅外法、射 線法和應(yīng)力波檢測法。鉆芯檢測是最早使用的傳統(tǒng)技術(shù)，屬于局部破損檢測方法，只能按規(guī) 定的比例進行檢測。該方法是最為直觀有效的檢測方法，但該方法工作量大，效率低，費用 高，且會對預(yù)應(yīng)力鋼束造成損壞，多用于無損害檢測中發(fā)現(xiàn)異常時的驗證性檢測。雷達法是 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，通過所接受的雷達圖像的不同分析 混凝±的缺陷。但由于金屬材料的強誘電性使得雷達法在密集鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)中無法進行 測試。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，檢測像 片中感光的濃淡程度完成測試孔道的灌漿密實度。但此類設(shè)備復(fù)雜、鹿大，測試費用高，放 射性強，危險性大，使其應(yīng)用受到了限制。應(yīng)力波檢測法包括超聲波檢測法和沖擊回波檢測 法?；炷李A(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，對高頻的超聲波信號衰減和干擾比較大，限制了超聲波檢測法的應(yīng)用。沖擊回 波法是一種基于應(yīng)力波回波信號頻譜分析的無損檢測法，其原理是利用沖擊產(chǎn)生應(yīng)力波， 在激發(fā)點附近接收回波信號并將信號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)使得回波信號極為復(fù)雜，并且，傳統(tǒng)快速傅里 葉變換中回波信號的采集長度和采樣率對主頻提取與頻率分辨率有較大的影響。由此，復(fù) 雜的回波信號與不同的信號采集參數(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)量檢測的準(zhǔn)確評定，對于該種復(fù)雜的信號需要一種新的簡單、準(zhǔn)確的分析方法 和成像方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種簡單、準(zhǔn)確、適應(yīng)性強的混凝±預(yù)應(yīng)力管道 成像方法，為達到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：對包含管道有限元模型，在混凝±外壁 對應(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。系列對應(yīng)點的應(yīng)力波回波陣列信號；對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。系列對應(yīng)點處獲取應(yīng)力波回波 陣列信號；其中，n> 2,；所述脈沖載荷為半正弦力，其接觸時間為50US，幅值為100N;
[000引 做歸一化處理對步驟似中不同位置處接收的應(yīng)力波回波信號除W各應(yīng)力波 回波信號幅值的最大值，獲得兩種有限元模型的應(yīng)力波回波陣列信號各自的歸一化處理數(shù) 據(jù)；
[0009] (4)獲得差值陣列信號；將步驟（3)中進行歸一化后的兩種有限元模型的應(yīng)力波 回波陣列信號進行差值處理，并對差值取絕對值，得到差值陣列信號；
[0010] 妨信號放大處理：取步驟（4)中獲得的差值陣列信號，進行幕次方，使信號幅值 增大m次方倍，獲得差值陣列信號放大數(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中時間列為X方向排列，Y 方向為位置列，將差值陣列信號的幅值與色碼表對應(yīng)，用顏色的變化表示差值陣列信號的 幅值大小，實現(xiàn)信號的圖像堆積顯示。
[0012] 具體的，步驟（2)中，獲取應(yīng)力波回波陣列信號時，兩個相鄰接收信號位置的間距 為1畑1，采樣間隔為lus，采樣時間為Imso
[0013] 具體的，步驟（4)中，差值陣列信號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)力波回波信號進行相減，并將相減后的數(shù)值取絕對值。
[0014] 作為優(yōu)選方案，步驟巧）中取差值陣列信號的平方，使信號的幅值增加2次方倍。
[0015] 具體的，步驟化）中，圖像堆積的方法為：差值陣列信號中時間列為X方向排列， Y方向為位置列，將差值陣列信號的幅值與色碼表對應(yīng)，用顏色的變化表示差值陣列信號的 幅值大小。
[0016] 應(yīng)力波在混凝±中傳播時，會在混凝±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，應(yīng)力波會在管道界面處發(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 列信號對管道進行成像。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 波回波信號可W由不包含管道的混凝±應(yīng)力波回波信號與管道應(yīng)力波回波信號相加獲取， 所w將包含管道的混凝±應(yīng)力波回波信號與不包含管道的混凝±應(yīng)力波回波信號相減就 可W得到管道的應(yīng)力波回波信號。因此根據(jù)該一原理，本發(fā)明通過接收同一激發(fā)點，相鄰 接收間距，不同接收位置的陣列回波信號，對歸一化后信號取差值，再對差值陣列信號進行 幕次方放大處理，將放大后的數(shù)值信號與色碼表對應(yīng)，進行可視化處理，形成形象具體的圖 像，為混凝±預(yù)應(yīng)力管道的檢測提供支持。本發(fā)明操作簡單、處理效率高、準(zhǔn)確性強、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)量的評價提供有力支撐。
【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算得到應(yīng)力波回波信號的流程圖；
[0021] 圖4a示出了n= 5時包含管道的應(yīng)力波回波陣列信號波形圖；
[0022] 圖4b示出了n= 5時不包含管道的應(yīng)力波回波陣列信號波形圖；
[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；B-包含管道有限元模型中，距脈沖載荷施加點A距離為1cm 處應(yīng)力波回波信號接收點；B"_i-包含管道有限元模型中，距脈沖載荷施加點A距離為n-lcm 處應(yīng)力波回波信號接收點；B。-包含管道有限元模型中，距脈沖載荷施加點A距離為ncm處 應(yīng)