黃嘯 蔡楠 謝晴

1 概述

鋼管混凝土具有自重小、承載能力高、制作和施工方便等眾多特點，現(xiàn)廣泛的應(yīng)用于高層(超高層)、橋梁和大跨度空間等建筑物的受力體系中。但在施工過程中[1]，由于工序控制得不嚴(yán)，難免會出現(xiàn)混凝土與鋼管壁脫空或鋼管內(nèi)的混凝土不密實，出現(xiàn)蜂窩、離析等質(zhì)量問題的風(fēng)險。因此，對加強鋼管混凝土完整性的檢驗尤為重要。

2 鋼管混凝土缺陷情況

1)局部混凝土密實度差。由于施工時混凝土是在無振搗，無外壓力情況下靠自落填滿鋼管，造成鋼管底端混凝土中粗骨料集中，而鋼管頂端往往砂漿較多，骨料較少，形成鋼管上下兩端的混凝土骨料不均勻，造成局部密度差，抗壓強度低。

2)蜂窩離析。由于施工時混凝土的配比不合適，使水泥漿與粗骨料分離或靠混凝土自重使得填充不夠密實，容易產(chǎn)生蜂窩離析現(xiàn)象。有時鋼管中的空氣不能暢順排出孔外，使得空氣混充于混凝土中則產(chǎn)生很多小的孔洞，小孔洞集中時則易產(chǎn)生蜂窩。

3)孔洞。施工中選料不細(xì)致，混凝土中出現(xiàn)大的礫石，在無振搗的情況下，大礫石附近容易出現(xiàn)孔洞;有時鋼管壁內(nèi)有障礙物使得混凝土塌落不暢或受阻則更易出現(xiàn)孔洞現(xiàn)象。

4)鋼管壁與混凝土之間的收縮間隙。此類問題普遍發(fā)生在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，其嚴(yán)重程度取決于施工方法以及混凝土配比。以坍落度大及收縮性大的混凝土尤甚。但即便是和易性再好的混凝土，隨著灌注后時間的推移也會或輕或重地產(chǎn)生此類缺陷，目前，這種鋼管壁與混凝土之間的收縮間隙給予鋼管混凝土結(jié)構(gòu)本身的影響程度仍在深入的研究中。

3 現(xiàn)有檢測方法

目前我國《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》和《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及《超聲波檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》等現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對鋼管混凝土的內(nèi)部質(zhì)量如何進(jìn)行檢測給出了一些具體的做法。目前國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的檢測鋼管混凝土內(nèi)部質(zhì)量方法主要有敲擊法，超聲波檢測法，射線檢測法等。

3.1 敲擊法

工地上最常用的混凝土質(zhì)量檢驗方法就是敲擊法，通過聲音來分辨管內(nèi)混凝土是否密實。有時會聽到鋼管柱與混凝土之間有空隙的聲音，說明二者之間有空隙。此法確實基于經(jīng)驗來進(jìn)行判斷，且不能夠真正的得出混凝土與鋼管之間的空隙大小和分布范圍，隨機性較強，因此建議作為輔助性檢測手段。

3.2 超聲波檢測法

超聲波檢測法[2-5]:超聲波的測試頻率一般是在 40Hz～100Hz之間，當(dāng)其通過鋼管混凝土?xí)r，鋼管與混凝土和空隙對其速度、振幅、波形等會產(chǎn)生不同的影響，這就會在顯示儀器上表現(xiàn)出來，對比無缺陷的鋼管混凝土各種標(biāo)定，從而確定管內(nèi)混凝土的狀況和質(zhì)量。

超聲波檢測鋼管混凝土質(zhì)量主要有以下三種方式:首波聲時法、波形識別法和首波頻率法。超聲波檢測法在實際工程中已經(jīng)推廣，也得到了比較成熟的理論與經(jīng)驗，但是也有一些問題尚未解決，如不能確定缺陷的性質(zhì)、易受人工操作的影響。而且對于鋼管混凝土內(nèi)鋼隔板與混凝土之間的質(zhì)量檢測問題，尚未有很好的解決辦法。

3.3 射線檢測法

射線檢測是基于被檢測件對透入射線的不同吸收來檢測零件內(nèi)部缺陷的檢測方法。目前主要是X射線照相檢測技術(shù)等。

X射線照相檢測根據(jù)射線穿過不同材料時衰減量不同引起透射射線強度的變化，而呈現(xiàn)不同的影像，從而檢測出被測物體中存在的缺陷。其特點在于檢測效率高，可實現(xiàn)缺陷的在線檢測，且圖像處理以后可進(jìn)行缺陷的自動評定。該方法缺點在于發(fā)現(xiàn)垂直射線方向的薄層缺陷，檢測費用較高，同時射線對人體模型有害，需作特殊防護(hù)。

4 鋼管混凝土缺陷音頻法對比研究

4.1 音頻檢測法定義與原理[7]

對比以上較為成熟的檢測方法，可以發(fā)現(xiàn)，這些方法雖然都有自己的適用范圍，但是其缺點也較為明顯，為此特別需要對現(xiàn)有的檢測方法進(jìn)行改進(jìn)或者提出新的方法。目前有另外一類的鋼管混凝土無損檢測方法:音頻檢測法。

由于每種工件都有其固定的彈性模量與共振頻率特征，當(dāng)工件受到激勵產(chǎn)生自由振動時就會發(fā)出與固有頻率相同的聲音，而工件的彈性模量、共振頻率等特征與其內(nèi)部質(zhì)量有關(guān)，當(dāng)構(gòu)件有缺陷時，其固有特性就會發(fā)生變化。由此可以通過測定工件在外界激勵下振動的音頻參數(shù)(固有頻率與內(nèi)耗)來檢測和評價工件的內(nèi)部質(zhì)量，這就是音頻檢測。

機械振動會引起聲輻射，在物體振動時，引起周圍空氣質(zhì)點振動，由于空氣具有可壓縮性，在質(zhì)點相互作用下，振動物體周圍的空氣就交替產(chǎn)生壓縮與膨脹，并逐漸向外傳播產(chǎn)生聲波，聲波由換能器轉(zhuǎn)換為電信號，即可對該電信號進(jìn)行測量和分析。

4.2 音頻檢測的工作對象與目的

音頻檢測的對象為鋼管混凝土柱、梁、節(jié)點等部件。主要目的是檢測出存在于鋼管混凝土構(gòu)件中出現(xiàn)的局部混凝土密實度差、孔洞、鋼管壁與混凝土之間的收縮間隙等問題，并確定其分布情況與大小。

4.3 音頻檢測設(shè)備概念設(shè)計

音頻檢測法中最重要的就是有一套可靠、合理、方便的音頻檢測系統(tǒng)。參考國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，其大致主要分成激勵源、構(gòu)件、音頻傳感器、信號調(diào)理線路、聲卡、計算機采集處理、結(jié)果顯示幾個構(gòu)成部分。

4.4 音頻檢測法主要步驟

從實際操作角度，音頻檢測法主要由以下步驟組成:

1)初步判定可能存在有缺陷的鋼管混凝土構(gòu)件(利用錘擊法等經(jīng)驗方法)。2)對初判的構(gòu)件借助音頻檢測系統(tǒng)對構(gòu)件進(jìn)行激勵，數(shù)據(jù)采集與處理，顯示與打印等工作。3)利用傳統(tǒng)的檢測方法，對個別較為重要或存在爭議構(gòu)件進(jìn)行復(fù)查，結(jié)果相互對比，以進(jìn)一步確認(rèn)。4)利用檢測數(shù)據(jù)，確定缺陷的位置、大小、性質(zhì)等情況。

通過以上步驟，可以看出音頻無損檢測實現(xiàn)了自動化的信息收集，轉(zhuǎn)化，處理與顯示的整套過程，明顯提高了工作效率，而且受人工影響因素很小。依據(jù)國內(nèi)外應(yīng)用音頻檢測技術(shù)對金屬的無損檢測，其精度誤差在 5%以內(nèi)。音頻檢測應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展較為緩慢，同濟(jì)大學(xué)通過采集可聽見的音頻信號，來反演混凝土強度缺陷等方面研究。通過實際工程檢驗，精度良好。音頻無損檢測法不僅具有操作方便，使用簡單的特點，而且采用專門程序?qū)Y(jié)果進(jìn)行判定，精度較高。因此，其可以作為土木工程無損檢測的一種新型檢測方法來推廣使用。

5 結(jié)語

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件其受力合理，延性好，抗震性能優(yōu)良。但是由于混凝土是在鋼管內(nèi)部澆筑，所以存在嚴(yán)重的施工質(zhì)量問題。為了解決這些問題就需要對其進(jìn)行檢測。目前關(guān)于鋼管混凝土的檢測有一系列較為成熟的方法，敲擊法，超聲波檢測法，鉆芯法等檢測方法有各自的優(yōu)缺點。其中超聲波無損檢測法是目前較為真實可行的方法，其簡單，準(zhǔn)確，目前已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用，但是這種方法也有其局限性如不能區(qū)別內(nèi)部缺陷的性質(zhì)，受人工操作的影響較大等缺點。

音頻無損檢測方法作為一種新的方法其操作方便，使用簡單，而且采用專門程序?qū)Y(jié)果進(jìn)行判定精度較高，可以考慮在鋼管無損檢測中大規(guī)模推廣。

[1] 韓林海.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)理論與實踐[M].北京:科學(xué)出版社，2004.

[2] 梁 鳴，劉沐宇，馮仲仁.鋼管混凝土超聲波檢測與評價試驗研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2001，23(12):44-46.

[3] 童壽興，商濤平.超聲波檢測拱橋的拱肋鋼管混凝土質(zhì)量[J].橋梁建設(shè)，2002(4):22-24.

[4] 劉清元，談 橋.鋼管混凝土內(nèi)部缺陷的檢測[J].山西建筑，2004，30(3):63-64.

[5] 潘紹偉，葉躍忠，徐 全.鋼管混凝土拱橋超聲波檢測研究[J].橋梁建設(shè)，1997(1):32-35.

[6] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計與施工[M].北京:人民交通出版社，2000.

[7] 孫 磊，趙 鳴.基于音頻檢測技術(shù)的混凝土無損檢測技術(shù)[J].福州大學(xué)學(xué)報，2000，33(sup):73-74.