预应力管道内部压浆质量评估理论及试验研究

为了保证有粘结后张法预应力混凝土结构的预应力效果及耐久性，且避免水分侵入而锈蚀钢束，预应力管道中必须压满水泥砂浆。但是，在实际压浆过程中，由于多种原因导致的灌浆不密实现象，这将大大降低工程结构的承载能力与使用寿命。因此，有必要探寻一种快速且有效的无损检测方法来评价预应力管道内的压浆质量。目前，国内外尚无一套成熟的测试技术可用于预应力管道的压浆质量评价，且缺乏相应的规程，所以，研究开发一种无损、便捷、高效的技术应用于压浆管道的检测，对确保桥梁的工程质量、安全及使用寿命具有重要意义，并会产生较大的社会和经济效益。我们将在前期研究的基础上对冲击回波法应用于该领域做进一步深入的理论和试验研究，探讨应力波在预应力混凝土内部的传播机理，利用小波等技术对所采集的IE信号做细部分析，提取特征参数，建立最优人工神经网络，针对缺陷的大小及类型进行定性与定量诊断，研发一套实用的预应力管道压浆质量智能评价系统。

为探寻一种高效、便捷的无损测试方法来检测预应力管道内部缺陷的位置和大小，定性、定量评估压浆的质量以保证有粘结后张预应力混凝土结构的承载能力及耐久性。通过三年的研究工作，已顺利完成项目计划内容，并取得数项创新研究成果。冲击回波响应有限元数值分析研究表明，预应力混凝土表面弹性冲击所激发的瞬时应力波能够传播到预应力管道内部，并被缺陷表面反射回来，所激发瞬态共振的频率易从振幅谱中清晰识别。据此提出有粘结后张预应力管道压浆质量测试原理，并对预应力管道内部不同介质界面（混凝土-空气/混凝土-钢）回波响应进行时频分析，丰富了应力波动理论。对预应力混凝土板冲击回波响应研究发现，预应力管道压浆缺陷的存在，当其大小与深度之比（d/T）满足0.3<d/T<1.5时，即会引起构件厚度频率峰值向低频发生“频漂”现象。据此准确定性评估预应力管道压浆产生的缺陷状况，不需观察频谱图中是否出现一个比厚度频率更高的缺陷频率峰值。对不同截面形式预应力混凝土构件冲击回波响应研究发现，构件不同截面形式所激发的横截面振动模态各异，会对测试产生显著影响。据此推导出矩形、方形和圆形等截面形式预应力混凝土构件的冲击共振频率计算公式，拓宽了冲击回波法的应用范围。对不同波纹管材质（金属/塑料）预应力混凝土构件冲击响应研究发现，金属波纹管造成的回波信号衰减程度远小于采用塑料波纹管时的情形，且衰减过程更缓慢、能量分布更集中，有利于冲击回波信号特征参数的提取。基于瞬时冲击振动特性研究，提出一种自由振动阻尼测试新方法，较传统的时域衰减法和半功率带宽法更具可操作性和准确性。对预应力管道内部压浆质量采用应力波、超声波和电磁波等多种波动方法对比研究发现，电磁波因金属波纹管的屏蔽效应而无法传播到预应力管道内部，超声波受钢筋和测试面等因素的影响可操作性降低，应力波由于具有频低波长的特点，能够穿透波纹管有效探测内部压浆状况。研究首次提出基于小波神经网络的预应力管道内部压浆质量评估理论，并编制了相关诊断程序，在信噪比SNR≥5db时有效定性、定量评估压浆缺陷的位置和大小，提高了冲击回波法的工程适用性。