[发明专利]一种钢管混凝土顶部脱空高度、面积计算方法

说明书

本发明涉及一种钢管混凝土顶部脱空高度、面积的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：将确定的钢管内半径、管壁厚度以及超声波在钢管和混凝土中的传播速度、超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时代入钢管混凝土顶部脱空高度的计算模型，得到钢管混凝土顶部脱空高度；所述脱空高度的计算模型为将得到的脱空高度代入钢管混凝土顶部脱空面积计算模型中，得到脱空面积，所述脱空面积计算模型为该计算方法简单快速，相对误差小，准确度高。

技术领域

本发明涉及工程建筑检测分析领域，具体涉及了一种钢管混凝土顶部脱空高度、面积计算方法。

背景技术

钢管混凝土是钢管和混凝土组合而成的协同工作结构，其特殊的组合方式不仅使得混凝土在内部呈三轴受压状态，同时也弥补空钢管的稳定性，充分利用两者的特性让整个结构具有良好的载荷能力。然而，由于混凝土材料本身的收缩特性以及施工和使用过程中可能出现的浇筑方式、环境温度、材料徐变等因素的影响，钢管混凝土拱桥往往会出现脱空现象，管内混凝土的脱空会直接影响钢管与混凝土之间的协同工作，甚至会影响到结构的承载力和耐久性。而应对脱空问题，最重要的就是定量分析脱空的程度。目前测试管内混凝土脱空的方法有较为简单的人工敲击法、直接钻芯取样法等，前者很依赖操作人员的经验，后者直接损害了结构完整性，不宜大量检测。近年来发展起来的无损检测方法有超声波检测法、红外热像法、压电陶瓷法、冲击回波法等。在众多技术中，超声检测技术因其方便操作、成本低、原理简单等优点，已经成为了钢管混凝土的脱空检测的首选方法。然而，超声波检测法应用于钢管混凝土结构时，只能定性确定脱空区域位置和相对脱空程度，无法定量确定脱空高度。

目前公开的采用超声波法分析脱空情况的定量方法有文献1和文献2。两者均提出了定量计算混凝土脱空高度的方法。但是文献1和文献2所采用的超声波传播路径相较于真实路径进行了较大程度的简化，精度较低，因此所提出的定量计算混凝土脱空高度的方法计算的脱空高度相对误差较大，准确度低。此外，两者的模型均为隐式模型，计算时需要不断迭代计算，十分繁琐，而目前还没有相关显式计算模型的研究。因此，提出一种钢管混凝土顶部脱空区域直接定量计算方法对快速定量评价钢管混凝土的灌注密实性非常关键。

现有技术文献

文献1：专利文献CN106959341A

文献2：期刊文献《超声波法测定钢管混凝土脱空量》

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术超声波检测法应用于钢管混凝土结构时，存在的定量脱空区域特征值相对误差大、准确度低、计算繁琐等技术问题，提供了一种钢管混凝土顶部脱空高度、面积的计算方法，该方法可以快速准确的定量出钢管混凝土顶部脱空高度和脱空面积，且相对误差小，准确率高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钢管混凝土顶部脱空高度的计算方法，包括以下步骤：

步骤1、确定钢管内半径、管壁厚度、超声波在钢管和混凝土中的传播速度、超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时；

步骤2、将步骤1确定的钢管内半径、管壁厚度以及超声波在钢管和混凝土中的传播速度、超声波在钢管混凝土顶部和底部之间传播的首波声时，代入钢管混凝土顶部脱空高度的计算模型，得到钢管混凝土顶部脱空高度；所述脱空高度的计算模型为

；

其中，h为钢管混凝土顶部脱空高度，单位为米(m)；t为首波声时，单位为秒(s)；r为钢管内半径，单位为米(m)；d为钢管壁厚，单位为米(m)；v_s和v_c分别为超声波在钢管和混凝土中的传播速度，单位为m/s。