超声波桩基检测培训课件.ppt
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公路工程基桩检测的规定:(JTJ/TF81-01-2004)1、公路工程基桩应进行100%的完整性检测,各种方法的选定应具有代表性和满足工程检测的特定要求;2、重要工程的钻孔灌注桩应埋设声测管,检测的桩数不应少于50%;3、高应变动测法的抽检率可由工程设计或监理单位酌情决定,但不宜少于相近条件下总桩数的5%且不少于5根。超声波法:是在桩身预埋一定数量的声测管,通过水的耦合,超声波从一根声测管中发射,在另一根声测管中接收,或单孔中发射,可以测出被测混凝土介质的参数。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会波产生绕射、反射和折射,因而达到接收换能器时,根据声时、波幅及主频等特征参数的变化来判别桩身的完整性。鉴于目前公路桥梁工程大量使用大直径桩和超长桩,该方法将越来越多的使用在基桩的检测中。分四个部分讲解:第一部分声学理论一、声学基础1、波动波动是物质的一种运动形式,波动可分为两大类:一类是机械波,它由于机械振动在弹性介质中引起的波动过程,例如;水波、声波、超声波等;另一类是电磁波,它是由于电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在空间的转播过程,例如无线电波、红外线、紫外线、可见光、雷达波等。声波:是弹性介质的机械波。人们所能听到声波频率范围是20~20KHz,即可闻声波。当声波频率超过20~20KHz时,人耳就听不到了,这种声波就叫超声波,其频率范围是20K~100MHz;当频率低于20Hz的叫次声波,人耳也听不到。各种声波的频率范围见下表。各种声波的频率范围(Hz)2、谐振动物体在一定位置附近作来回重复运动称为振动,例如摆的运动、汽缸中活塞的运动、弹簧振子的运动等,这些是可以直接看到的振动。又例如一切发声体的运动、在高频电压激励下压电晶体的运动,这些是不易或不能直接看到的振动。相互间由弹性力联系着的质点所组成的物质,称为弹性介质。需要进行超声检验的大量固体构件都是弹性介质。弹性介质是由相互间用小弹簧联系着的质点所组成。如图1-1所示。若这种介质中任何一个质点离开了平衡位置,则会产生使它恢复到平衡位置的力,这就是弹性力。图1-1弹性介质模型图1-2弹簧振子的振动1-质点:2-小弹簧进一步来说明谐振动可以用弹簧振子来说明谐振动。如图1-2所示,弹簧左端固定,右端系一物体。为使讨论较为简单,设弹簧振子穿在光滑的水平玻璃棒上,以避免重力对运动的影响。设物体在位置0时,弹簧作用在物体上的力是零。这个位置就是物体的平衡位置,若把物体向右移动到位置B,这时弹簧被拉长,相应地有指向左方即向平衡位置的弹性力作用在物体上,使物体返回平衡位置。当物体回到平衡位置时,弹簧的弹力等于零,但物体在返回时获得了速度,由于惯性,它将继续向左移动。当物体在平衡位置左边时,弹簧被压缩,物体所受弹性力是指向右方,即平衡位置。这时弹性力作用是阻碍物体运动,直至物体停止在位置C。在这以后,物体在弹性力的作用下向右移动,情况和上述向左移动相似。这样,在弹簧的弹性力作用下,物体在平衡位置的左右作重复运动,即振动。取平衡位置0为X轴的原点,并设X轴的正向向右根据胡克定律,物体所受的弹性力F与物体位移x(即弹簧的变形量)的关系为:F=-kx(1.1)式中:k——弹簧的弹性系数;-——力和位移的方向相反。设物体的质量为m根据牛顿第二定律(),它的速度为:(1.2)因为k和质量m都是常数,所以它们的比值可以用一恒量F表示,即:(1.3)式中:ω——角频率或圆频率。代入上式,得:a=-ω2x(1.4)从上式看出,上述振动的特征是:物体的加速度和位移成正比且方向相反,这种振动称为谐振动。物体在弹性力作用下发生的运动是谐振动。谐振动是最简单最基本的振动。任何复杂振动都是由许多不同频率的谐振动所合成的。因为=,又得:+ω2x=0(1.5)根据微分方程理论,上式的解为:x=Acos(ωt+)(1.6)式中A,——两个恒量;A——振幅,它是质点离开平衡位置的最大位移;t+——振动的相位。这是谐振动中位移x和时间t的关系式,称为谐振动的运动方程式,简称谐振动方程式。3、波的产生与传播在弹性介质中,任何一个质点机械振动时,因为这个质点与其邻近的质点间有相互作用的弹性力联系着,所以它的振动将传递给与之相邻近的质点,使邻近的质点也同样地发生振动,然后振动又传给下一个质点,依次类推。这样,振动就由近及远向各个方向以一定速度传播出去,从而形成了机械波。从上述可知,机械波的产生,首先要有做机械振动的波(声)源,其次要有传播这种机械振动的介质。例如,把石子投入平静的水中,在水面上可以看到一圈圈向外扩展的水波。再举二个实例弹性横波:手握绳子一端上下振动,可以看到如图1-3的波向前传播的过程,这就是弹性横波。弹性纵波:用手迅速而有节奏地