箱梁预应力管道内空洞探地雷达模型试验及有限元正演模拟

发布时间：2020-06-29 22:19

【摘要】：探地雷达是通过发射和接收超高频脉冲电磁波来探测地下浅层目标体介质分布的一种地球物理勘探方法,它具有操作便捷、检测精度高、无损、检测范围广等特点,并广泛应用于公路、铁道、机场、隧道工程等领域。目前应用于预应力桥梁的检测方法有超声脉冲法、冲击回波法和探地雷达法,但探地雷达在桥梁方面的应用比较少,特别是对箱梁预应力管道内空洞的检测,国内还鲜有涉及。因此本文将探地雷达运用于此领域,通过物理模型试验、雷达检测及图谱分析、数值模拟等方面对管道内空洞进行研究,为实际工程中的图谱解释提供参考依据。本文的主要研究内容和成果如下:1介绍了探地雷达基本原理及雷达波的传播特性;制作了箱梁预应力管道内空洞物理模型试验,在管道内布设不同大小空洞,用SIR-3000型探地雷达对管道内空洞进行探测,用Randa7软件对采集的二维剖面图进行滤波、增益、褶积等处理,生成三维图。2通过分析图像表明,在二维剖面图中可清晰的识别出钢筋反射波信号和钢筋间距,能探测到钢筋网下空洞的反射波信号;对于小空洞,图像反射波信号呈“空洞”形状,大空洞反射波信号呈“抛物线”形状。在三维图中可识别出钢筋网的反射波信号、位置、钢筋间距及空洞的反射波信号、位置;通过不同大小空洞反射波信号的比较可知,空洞越小,反射波信号越不明显,空洞越大,反射波信号越明显;通过不同深度的三维视图比较,可观察到空洞反射波信号随深度增加而不断变化。3从麦克斯韦方程出发,介绍了有限元法的特点和求解步骤,推导了探地雷达有限元波动方程,介绍了 Sarma边界、改进Sarma边界和透射边界条件,并加载了计算方程;用MATLAB编写了探地雷达有限元正演模拟程序,对试验模型进行了数值模拟;对矩形模型分别加载三种边界条件,并绘制网格图和时程分析图,分析了三种边界条件下空洞反射波的信号特点。4通过分析网格图和时程图表明,三种边界条件下矩形模型中的空洞反射信号效果都较好;其中加载改进Sarma边界条件和透射边界条件的矩形模型,电磁波在边界处的反射信号减弱,有效减少了干扰波信号;矩形模型中空洞反射效果与空洞大小有关,小空洞反射波信号效果不明显,不易识别,而大空洞的反射信号呈明显的“抛物线”形状。5将数值模拟与试验模型测得的图像进行对比分析,表明空洞的反射波信号都呈开口向下的“抛物线”形状,验证了数值模拟方法的可行性,为实际工程中的图像解释提供了一定的参考依据。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U446
【图文】：

示意图,剖面法,示意图,预应力管道

逦箱梁预应力管道内空洞探地雷达模型试验及有限元正演模拟逦逡逑３箱梁预应力管道内空洞物理模型试验逡逑本章通过物理模型试验，对箱梁预应力管道进行了物理试验模拟，采用美国逡逑ＳＩＲ－３０００型探地雷达对预应力管道病害进行探测，并讨论了不同参数对图像成图的影逡逑响，运用Ｒａｄａｎ７软件对探测图像进行处理，形成二维及三维图，实现探地雷达的正演逡逑模拟，为实际工程中的反演提供图像和数据的参考。逡逑３．邋１探地雷达探测方法和仪器介绍逡逑３．１．１探地雷达探测方法逡逑探地雷达（ＧＰＲ）通过电磁波的反射信号来传递地下目标体的介质差异情况，在实逡逑际工程应用中，由于环境的复杂程度有所差异，需要根据具体的地理环境来选取合适的逡逑探测方法。目前ＧＰＲ探测方法主要有透射法、共中心点法、宽角法、剖面法。逡逑

便会获得一个采样点的纪录，一般可以在雷达仪器中设置采样点数（离可设置５１２个采样点），通过连续移动，仪器将这些采样点的单个地雷达时间剖面图像，如图３．２。通过分析、处理雷达剖面图像，可及目标介质体中的结构。逡逑探地雷达仪器介绍逡逑７２邋年，美国邋ＧＳＳＩ邋（Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｓｕｒｖｅｙ邋ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．）公司生产了第一台器，经过公司几十年的发展，探地雷达仪器由于其操作方便、工作效探测分辨率等优点，被广泛应用于诸多领域。本次试验所用仪器为Ｓ丨达，为ＧＳＳＩ公司生产的系列产品。逡逑－３０００使用便捷，携带方便，机型坚固，可适合野外复杂地形的探测，应用较广泛如图３．３所示，其主要组件有主机、天线、发射单元、。用探地雷达探测目标体时，显示屏可实时观测探测资料或者回放显示过不断的技术更新，界面设计越来越人性化，其探测剖面的颜色多达３空间大，内置卡容量为１Ｇ，可将探测图像拷贝到电脑上，对探测数据步的分析处理。逡逑

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