冲击回波法对烧毁混凝土的评估

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

冲击回波法对烧毁混凝土的评估
摘要：为了检测烧毁混凝土使用小波时间频率技术，提出了冲击回波方法。其研究的目的是找到冲击回声测试的反应和火损伤之间的相互关系。首先，对非破坏性的烧毁混凝土进行外观检查，X射线衍射分析微观结构和机械试验评价。然后，冲击回波点接收到不同程度的损害信号的特点进行了处理的小波分析。冲击回波对钢筋混凝土建筑结构构件损伤前后的外表面测试，然后进行分析，以评估防火材料的影响效应。得到有关具体的退化，时间地点和能量的谐波成分的含量，成功获得了信号的幅值图。信号的幅值图会体现火灾对混凝土损伤作用。
关键词：冲击回波法 小波分析   火灾 钢筋混凝土 无损伤检测方法
1 简介
    在应力波的非破坏性方法，冲击回波（IE）方法频繁被用来评估混凝土结构的质量[1，2]。冲击回波法是建立在一个短期应力脉冲在混凝土表面的应用为基础的机械冲击。撞击器是一些直径从5至十二点五毫米各不相同的钢球。快速傅立叶变换在频域通常用于为了分析冲击回声信号。近年来，这方法也被用来检测和定量碱硅土反应或被延迟的钙矾石形成造成的崩裂。冲击回声技术的极限和潜在性在可以被发现[5]。一些实验室结果显示出，冲击回声信号波形提供了可靠的测量混凝土板损伤的特点[6]。Abraham et al等人利用冲击回波法[7]，以评估电缆灌浆预应力混凝土结构管道的质量。对联合的非破坏性方法的用途为评估包含空隙和缆绳隧道的具体式样平板也被建议了[8]。冲击回波法有很多优点。冲击回波方法有许多优点。它需要测量和获得的只有一个被测试的对象。由于实施回波测量的灵活性，比起使用侵入性的方法，较大面积的测试可在更高的分辨率和更低的成本下进行。冲击回波法不需要任何特别的安全防范措施，是绝对安全的。根据Ghorbanpoor等人的原理，冲击回波法是评价火灾对钢筋混凝土的损伤最合适的技术之一。
众所周知，当混凝土遇到火时，混凝土的结构和力学性能会受到严重的影响。混凝土具有较低的热扩散率，这就保证了结构构件内瞬态慢热的传播；因此，当混凝土在非常强烈的温度梯度下，从最大范围到几厘米至零的深度过程中会出现和快速减少热损的现象，这是非常危险的钢筋保护层。由于混凝土结构遇火异构的性质，其残余性能的评价是一个相当困难的任务。对于一般涉及评价混凝土保护层的平均灵敏度或一些混凝土构件整体响应的解释的特殊技巧，解决这一问题的方法如表1所示。
目前，确定受火混凝土结构的破坏程度的可接受的方法之一是运用力学和微结构检测核心样本的切除方法。微观结构分析一般决定了分布式损伤的原因和损害的程度，但它不能提供一个全面状况评估的结构。
    对火灾破坏后的建筑物分析，文中提出了应用冲击回波方法和一种新的信号处理的方法。在非破坏性评价之前，需进行直观的检查。此外，从结构中的提取的一些核心部分，来确定混凝土内部裂缝的存在，并评价混凝土热损伤时性能的改变。为了评估火灾对混凝土损害，也进行了X射线分析和相关研究领域的核心力学性能的分析。一旦进行过了实体损害的评估和冲击回波的试验，那么通过连续小波变换方法（简称CWT），冲击回波数据就进行了处理。当在对火灾中受损区域的两根柱子和承重墙进行分析，结果与同一建筑物未损坏的混凝土中冲击回波信号进行比较，每一混凝土构件的P波速度和表面裂缝深度开展（在现有的）都进行了估计。
     这项研究的目的是要找到冲击回波测试反应和实际火灾损害之间的相关性。此相关性是信号通过小波变换参数的评估而获得的。
   

表一：受火损害的混凝土结构的非破坏性评估可能的方法
混凝土保护层的平均效应 逐点小样本效应 相应原理
施密特锤反弹
温莎探头
探针测试
BRE内部压碎
超声脉冲速度（UPV） 小规模机械测试
差热分析
热重分析
热膨胀仪（TMA）
热释光
孔率
比色法
微裂纹密度分析
化学分析 UPV间接法
冲击回波
声波成像
表面模态分析
探地雷达
电阻率

2 连续小波变换
    传统的傅里叶分析只给出代表一个信号光谱成分的活度系数。这些系数与时间无关，因此傅立叶变换（FFT）不适用于如冲击回波信号等的非线性信号和瞬态信号。连续小波变换的计算效率，使傅立叶变换成为了代表非平稳信号中的瞬态特性好工具。连续小波变换效果类似于一个多通道带通滤波器，它可以区分信号的频率成分并给出了小波理论的一个简要说明和其应用。
    在20世纪80年代初评估地震数据的Goupillaud和Morlet 等人引进了小波变换。从那时起，各种小波变换得到了发展，并在许多其他应用程序被发现[18-20]。连续小波变换的利益是用来分析了在时间频域内（即幅值图）的影响回波信号。一个幅值图大小是小波变换信号的平方大小，是一个在时间幅值平面（Parseval定理）上的信号的能量分布。幅值图可以用图像中不同颜色深浅度来表示，我们可以在现有的文献和复杂的小波中找到。如果其傅立叶变换是从零到负频率变换小波进行了分析[21]。本文对信号进行分析处理，因为这允许信号状态的评价以及其分别解析的幅度。解析小波很复杂，它是完全地表现为其真正的部分[21]。 因此，为了形象化随时间和频率（或缩放）信号的能量分布。我们选择解析小波。根据海森堡测不准原理：一个时频窗口的大小不能任意小化和就不可能实现时频分辨率的完善的，该尺度图分辨率是受限的[22]。
 
               图1冲击回波和Morlet 主波的比较

在本文中，采用的是复杂的Morlet小波。Morlet小波是类似于几何形状的脉冲，尤其是当缩放功能调整为一个较小的值时。根据小波变换的匹配机制，在几何形状中与更好的小波函数相匹配，被小波系数更准确的信号表示[23]（图1）。
    一些研究者已经成功地应用连续小波变换信号处理回波数据[13，24]。