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IES技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用
來源:結(jié)構(gòu)部代曉柯 時間:2016-10-28 瀏覽量:3991

沖擊回波技術(shù)(impact-echo method,簡稱IE法)是上世紀(jì)80年代美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局(National Institute of Standards and Technology)研究開發(fā)的一種新的且被證明是一種全方位的聲波檢測技術(shù)。它是基于彈性波和物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互作用產(chǎn)生共振,由共振頻率來計算缺陷位置及物體厚度,探測蜂窩孔、開放型表面裂縫深度等的一種方法。IE法的一個重要的優(yōu)點是:只需要一個測試面就可以進行測試。隨著沖擊回波技術(shù)的不斷發(fā)展和改進,目前,IE 方法檢測的厚度范圍從 5cm~180cm,完全滿足一般工程的檢測需要。

掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)(impact-echo scanner,簡稱IES)是世界上目前最先進的沖擊回波系統(tǒng),沖擊回波技術(shù)在此系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用及發(fā)展。該系統(tǒng)不僅可以檢測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的厚度和缺陷(孔洞、裂縫、蜂窩等),而且可以對混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力管內(nèi)的灌漿情況進行檢測,對實際工程的質(zhì)量評定和安全評估有著重要意義。本文通過使用南京工業(yè)大學(xué)引進的美國OLSON公司生產(chǎn)的IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)實施對建筑工程中的現(xiàn)澆板厚度探測的應(yīng)用研究,探討沖擊回波技術(shù)在建筑工程檢測工作中的可行性和必要性。

沖擊回波方法的原理

IE 測試基本原理:如圖 1 所示。用一個小錘或沖擊器作為激振源在混凝土表面沖擊來產(chǎn)生壓縮波,然后用放置在沖擊器附近的接收傳感器接收反射回來的壓縮波。經(jīng)過分析后來計算混凝土的厚度、探測內(nèi)部的孔洞、裂隙、剝離等缺陷。對于無缺陷的平板、路面,沖擊回波試驗中就會得到一個其底面的反射波,這樣

在已知壓縮波的波速時,就可以計算厚度了。


圖1:沖擊回波原理示意圖

(source-激振源;receiver-接收器;Flaw-缺陷)

下面,對沖擊回波方法的厚度或缺陷深度計算進行更詳細(xì)的說明。如圖2所示,接收器接收到反射波后,通過快速傅立葉轉(zhuǎn)換將時域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域數(shù)據(jù),然后確定回波的頻率峰值F,深度計算結(jié)構(gòu)的厚度或缺陷                      

    (1-1)

其中:b—形狀系數(shù),對板/墻來說是0.96, 對于梁和柱該值更小,根據(jù)厚度和寬度的比值確定;

           Vp—是壓縮波波速

圖3給出了某測試點時域圖和頻域圖以及無缺陷處和有缺陷處的測試結(jié)果對比,頻域圖是判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否有缺陷的一個重要依據(jù)。


2:沖擊回波計算原理圖


無缺陷


有缺陷

圖3:無缺陷和有缺陷時域圖(左)、頻域圖(右)比較

工程實例:

某商品房用途為住宅,屬磚混結(jié)構(gòu),層高2.8米,建筑層數(shù)地上6層,現(xiàn)澆板混凝土強度等級為C20,室內(nèi)各房間頂部樓板設(shè)計厚度分別為:餐廳100㎜,客廳120㎜,北臥室110㎜,主臥室110㎜,中臥室100㎜,走道、衛(wèi)生間、廚房、陽臺、儲藏室均為90㎜。接業(yè)主投訴,反映此商品房存在現(xiàn)澆樓板厚度不足的質(zhì)量問題,根據(jù)工程實況及當(dāng)事人的要求在該商品房抽取5塊主要現(xiàn)澆樓板,檢測現(xiàn)澆板厚度是否存在質(zhì)量問題。由于此商品房樓上由于客觀原因不能進入,傳統(tǒng)的板厚對測法無法實施,遂在該商品房現(xiàn)澆樓板板底,采用IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)進行檢測以確定板底厚度。并在每塊現(xiàn)澆板板底隨機選取一處鑿開,確定其粉刷層厚度。







測區(qū)2某點沖擊回波頻域圖

測區(qū)3某點沖擊回波頻域圖


測區(qū)4某點沖擊回波頻域圖


測區(qū)5某點沖擊回波頻域圖

對室內(nèi)其余所有的頂部現(xiàn)澆板厚度(包括餐廳、客廳、北臥室、主臥室、中臥室)進行現(xiàn)場檢測,各樓板平均厚度檢測結(jié)果如下:餐廳80.4㎜,客廳104.7㎜,北臥室98.5㎜,主臥室100.6㎜,中臥室96.7㎜(均已扣除粉刷層厚度),并與餐廳現(xiàn)澆板開孔處厚度對比驗證,基本符合。

代曉柯 

2016年10月28日