基于红外热像技术的钢管混凝土密实度缺陷检测探究

发布时间：2017-08-11 14:15

  本文关键词：基于红外热像技术的钢管混凝土密实度缺陷检测探究

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【摘要】：目前,我国超高层建筑正在大量兴建。具有强度高、塑性变形大、抗震性能好、施工便捷等优点的钢管混凝土作为超高层建筑的主要承重体系而得到广泛应用。然而,在实际施工中,尚无法对钢管内混凝土的浇筑质量进行直观检查,因此,除了精心设计和施工外,对钢管混凝土内部质量进行及时准确的检测也是迫切需要的。但是,近年来,检测工作虽有进展,但截止到目前,钢管混凝土内部密实度缺陷的检测问题仍没有得到有效解决,依然没有一种简便、快捷的检测方法对钢管混凝土内部质量的实际情况进行检测。因此,研究开发一种新型的检测技术用于钢管混凝土内部质量的检测是当前的迫切需要。红外热像检测技术由于其便捷、高效、经济实用等特点已被广泛用于建筑检测领域,但针对钢管混凝土管壁密实度空鼓缺陷的质量问题,检测研究尚属空白。因此,本文引入红外热像技术,首先通过对物体热辐射性、红外热源成图机理及钢管混凝土管壁密实度空鼓缺陷处的传热特性进行基础理论研究,从理论上阐述并推导了红外检测的可行性,为其提供了相应的科学理论依据。随后,针对带管壁空鼓缺陷的钢管混凝土柱模型试件作实验室试验来探究红外检测是否可行,并在可行的基础上,进一步分析管壁厚度、缺陷本身厚度和表面积的变化对红外检测的影响;与此同时,对缺陷深度理论计算公式进行了验证及修正。最后,再依托合肥滨湖时代广场项目对红外检测技术在实际工程中检测的可行性进行探讨验证。通过上述理论及试验研究分析,其结果表明基于红外热像技术的钢管混凝土管壁密实度空鼓缺陷的检测是可行的。此外,还得到了以下几点量化的结论。(1)管壁厚度在10mm以内时,无论加热或不加热,这种方法可行且能比较准确的反映缺陷的位置及形状尺寸。并且管壁厚度越小,临界处温差值越大,则热像图所反映的缺陷形状轮廓越清晰,检测识别的效果越好;当管壁厚度大于10mm时,只有在加热的情况下,这种方法才可行且只能大致的反映缺陷的位置,热像图上所反映的形状轮廓也不规则,但这也可用于缺陷的初步识别判断,有一定的工程应用价值。(2)管壁厚度在10mm以内时,随着缺陷本身厚度或表面积的增加,缺陷处对应的钢管壁的温度和温差也会相应增加,并且在加热时,增加的程度会更大。当管壁厚度大于10mm时,随着缺陷本身厚度或表面积的增加,只有在加热时才会致使钢管壁的温度和温差相应增加,这说明,缺陷本身厚度变化或者表面积的变化对钢管壁温度和温差的影响程度低于壁厚增加所带来的影响,对红外检测是否可行不起决定性作用。且根据试验对比分析结果可知,目前能够被检测出的缺陷的本身表面积的最小识别精度为4cm2,本身厚度的最小识别精度为1cm。(3)在加热1min时,缺陷深度理论计算值和实际值吻合较好。根据计算出的理论深度并结合热像图上缺陷的大小尺寸反映来对缺陷在钢管中的位置进行三维定位,并给后期的浇筑质量控制,提供相关的参考信息,及时进行缺陷精确处理及控制,这具有一定的工程应用价值。与此同时,由于太阳辐射加热时更均匀,因此,其缺陷深度的计算精度确实也比人工加热条件下的计算精度更高。
【关键词】：红外热像技术 钢管混凝土柱 管壁密实度空鼓缺陷 检测
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU974;TU755
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 课题的提出及研究意义10
• 1.2 国内外研究现状10-18
• 1.2.1 钢管混凝土内部缺陷检测的研究现状10-14
• 1.2.2 红外热像技术在建筑检测领域的研究现状14-18
• 1.3 本文研究内容及技术路线18-22
• 1.3.1 研究内容18-19
• 1.3.2 技术路线19-22
• 2 红外热成像检测基础理论22-36
• 2.1 红外热成像检测技术简介22
• 2.2 红外热成像检测的理论依据22-30
• 2.2.1 能量辐射基本定律22-25
• 2.2.2 红外线热辐射原理及影响因素25-30
• 2.3 红外热像仪检测的工作原理30-32
• 2.3.1 红外热像仪的组成30-31
• 2.3.2 红外热像仪的检测特点31
• 2.3.3 红外热像仪的工作原理31-32
• 2.4 红外热成像检测方式32-35
• 2.4.1 红外检测方式简介32-33
• 2.4.2 单面分析法33-34
• 2.4.3 双面分析法34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 钢管混凝土缺陷的热传导理论与计算36-50
• 3.1 热传导基本理论36-38
• 3.1.1 导热微分方程36
• 3.1.2 导热过程的单值性条件36-38
• 3.1.3 固体热传导问题的数学表达38
• 3.2 钢管混凝土表面温度和缺陷深度计算公式的理论推导38-49
• 3.2.1 计算模型的提出39
• 3.2.2 钢管壁表面温度计算公式的推导39-46
• 3.2.3 钢管混凝土内部缺陷深度计算公式的推导46-49
• 3.3 本章小结49-50
• 4 试验设计实施及结果分析50-104
• 4.1 试验模型设计50-52
• 4.1.1 模型基本参数及变量设计50-51
• 4.1.2 模型空鼓缺陷设计51-52
• 4.2 试验测试方法设计52
• 4.2.1 检测及分析方法概述52
• 4.2.2 试验实际操作方法52
• 4.3 试验准备及实施52-57
• 4.3.1 仪器准备52-54
• 4.3.2 试件准备54
• 4.3.3 钢管柱的加工制作54
• 4.3.4 泡沫缺陷的制作及定位处理54-55
• 4.3.5 钢管柱浇筑成型及养护55-57
• 4.4 试验实测热像图分析57-72
• 4.4.1 被动式检测热像图分析57-64
• 4.4.2 主动式检测热像图分析64-69
• 4.4.3 缺陷表面积红外检测误差计算69-72
• 4.4.4 实测热像图分析结果总结72
• 4.5 管壁厚度和缺陷尺寸对红外检测效果的影响规律分析72-91
• 4.5.1 不同壁厚条件对红外检测的影响73-76
• 4.5.2 不同缺陷尺寸条件对红外检测的影响76-90
• 4.5.3 影响规律总结90-91
• 4.6 缺陷深度理论计算公式的验证及修正91-102
• 4.6.1 人工加热条件下的缺陷公式91-97
• 4.6.2 太阳辐射加热条件下的缺陷公式97-102
• 4.7 本章小结102-104
• 5 项目红外实测评价104-116
• 5.1 概述104
• 5.2 课题依托工程背景104-105
• 5.3 实测研究方案105-108
• 5.3.1 检测对象及测点部位的选取105-107
• 5.3.2 实测研究变量选取107-108
• 5.3.3 实测时的近似条件说明108
• 5.4 实测结果分析108-115
• 5.4.1 实测钢管柱红外热像缺陷图分析109-114
• 5.4.2 实测结果分析总结114-115
• 5.5 本章小结115-116
• 6 结论与展望116-120
• 6.1 主要工作116-117
• 6.2 结论117-118
• 6.3 展望118-120
• 致谢120-122
• 参考文献122-125

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