钢管混凝土结构内部缺陷检测研究及应用

杭州华新检测技术股份有限公司，浙江杭州 311215

摘要：摘要针对钢混结构混凝土密实性检测问题，以杭州某超高层项目为例，介绍了钢混结构混凝土密实性检测过程及检测结果判别方法：采用冲击弹性波做为媒介，以波速和信号幅值作为计算依据，通过交叉测线对被检对象进行全方位扫描，通过对采集数据的反演、重建得到能真实反映其...

关键词：

钢混结构冲击回波法密实性检测内部缺陷

出处：

《探索科学》2025年1期

DOI：
10.13738/j.cnki.acc.qklw60536
专辑：
科学Ⅰ辑;信息科技
专题：
信息、科学;综合科技
分类号：
G90;N92

摘要

针对钢混结构混凝土密实性检测问题，以杭州某超高层项目为例，介绍了钢混结构混凝土密实性检测过程及检测结果判别方法：采用冲击弹性波做为媒介，以波速和信号幅值作为计算依据，通过交叉测线对被检对象进行全方位扫描，通过对采集数据的反演、重建得到能真实反映其结构内部情况的结构质量分布图像。通过弹性波（CT）法检测出该项目中某根钢管混凝土柱的内部缺陷，保障了结构安全，为同类型检测提供了技术借鉴。

关键词

钢混结构冲击回波法密实性检测内部缺陷

Abstract

Aiming at the problem of tightness testing of steel-concrete structural concrete, taking a super high-rise project in Hangzhou as an example, this paper introduces the testing process of steel-concrete structural concrete tightness and the method of judging the test results: using shock elastic waves as the medium, wave speed and signal amplitude as the The calculation basis is to conduct an all-round scan of the inspected object through cross-measurement lines, and obtain a structural mass distribution image that can truly reflect the internal conditions of the structure through inversion and reconstruction of the collected data.The elastic wave (CT) method was used to detect the internal defects of a concrete-filled steel tube column in the project, ensuring structural safety and providing technical reference for similar types of detection.

Keywords

Steel-concrete structure; Impact echo method;Density detection;Internal defect

0引言

钢混结构型式是超高层建筑中常用的结构受力体系，其特点为抗震性能强、施工速度快、耐久性好。但施工过程中若存在钢结构与混凝土接触面不贴合或者内部混凝土不密实等问题时，会严重降低结构使用寿命，甚至会影响结构使用安全。那么如何准确地检测上述缺陷在结构检测中就成为了非常重要的一环。

1工程概况

大楼的主要使用功能是办公，楼高120米，属于超高层结构。结构采用钢管混凝土柱，空腹转换桁架，钢柱，钢梁，型钢混凝土梁柱。本工程按照设计要求，在钢管混凝土浇筑施工前进行混凝土的配比设计及必要的浇筑技术试验。其中钢管混凝土柱主要有以下三种施工方式：一、导管浇筑方式(与超长型振动棒边浇筑相配合)；二、顶升浇筑采用泵送方式。三、手工逐段浇筑法。

2检测原理

钢管混凝土柱内部缺陷的的检测方法主要有以下三种[1-2]：

第一种超声波。该方法的检测能力有限，因为检测时混凝土的骨料、钢筋尺寸等都会导致超声波产生散射作用，故该方法难以达到检测的相关要求。

第二种雷达法。该方法对混凝土中钢筋、水等介电常数较大的物质比较敏感，因此不适用于钢管混凝土的内部缺陷检测。

第三种冲击弹性波。由于弹性波信号波长较长，能量大而且衰减较慢，同时冲击弹性波受钢筋和水的影响很小，故适合于钢管混凝土的内部缺陷检测。同时CT技术的快速发展，使得可对某断面进行快速检测和分析。综合来看，钢管混凝土内部缺陷比较适合和可行的检测方法是弹性波 CT 方法。

因此本次检测采用较为先进的混凝土无损检测手段：弹性波二维断面计算机层析扫描成像（CT）技术。本系统中的弹性波CT技术的波源为弹性波（P波），通过对被检对象进行扫描，弹性波在缺陷界面产生散射和衰减，可根据波幅变化的程度判断缺陷的性质和范围；弹性波中各频率成份在缺陷界面衰减程度不同，接收信号的频率明显降低，可根据接收信号主频或频率谱的变化分析判别缺陷情况。

本方法的原理[2-5]是依据“走时成像原理”将信号作为投影数据，在有网格计算的数学模型下，利用同时迭代重建技术和约束最小二乘类算法。若测试区域内有空洞或软弱不密实区等缺陷，该方法以冲击弹性波作为媒介，以能量和信号幅值作为计算依据，通过交叉测线对被检对象进行全方位扫描，通过对采集数据的反演、重建得到能真实反映其结构内部情况的结构质量分布图像，以达到检测结构物内质量的目的。测线越多，CT解析精度和分辨率越高。根据现场实际情况，选择适量测线条数即可。

钢管混凝土结构内部缺陷检测研究及应用(图1)

图1 冲击回波法检测原理图1

钢管混凝土结构内部缺陷检测研究及应用(图2)

图2 冲击回波法检测原理图2

3 检测结果判别方法

钢管混凝土内部缺陷检测时现场检测采用的典型波形图如图3所示，该图一共包括八条弹性波（1条发射波和7条接收波）：

钢管混凝土结构内部缺陷检测研究及应用(图3)

图3 典型的测试波形图

钢管柱内部混凝土缺陷的测试结果如下所示：云图为由深蓝色至深红色变化钢管混凝土结构内部缺陷检测研究及应用(图4) ；其中深蓝色代表混凝土软弱区（有缺陷），深红色代表所示混凝土区域完好，区间过渡颜色越接近深蓝色则代表所示混凝土存在软弱区的可能性越大，过渡颜色越接近深红色则代表所示混凝土越完好。如果把深蓝色区域当做“0”，深红色区域当做“1”，则深蓝色至深红色可表示为0-1 ；当云图中显示颜色低于0.3时：即所示颜色为钢管混凝土结构内部缺陷检测研究及应用(图5) 判为软弱区（内部存在缺陷）。图4所示的云图为钢管混凝土内部缺陷检测的典型测试结果图，图中包含了各种颜色，既有缺陷区也有完好区。