标题：预应力混凝土梁检测仪
主要功能及用途
预应力混凝土梁检测仪或预应力混凝土梁多功能检测仪基于无损检测技术开发，采用冲击弹性波作为测试媒介，具有测试效率高、可靠性好、对结构无损伤等特点，可以大大地提高预应力梁的质量保证度。其主要功能及用途包括： 
检测预应力孔道灌浆密实度。
检测混凝土浇筑质量（构件、试件的强度、模量）。
检测锚固应力。
检测混凝土结构尺寸及内部缺陷。
用于预应力梁质量管理，提高工程质量。
用于施工过程监控，及时发现问题，以便补救或施工质量改进。
用于施工质量检查。
  设备
  设备
测试项目及方法一览
测试项目测试方法预应力混凝土结构张力测试等效质量法灌浆密实度等价波速法全长波速法全长衰减法传递函数法局部衰减法（横竖向）反射能量法（横竖向）锚索（杆）长度检测单一反射法混凝土结构混凝土材质双面透过法单面反射法单面传播法结构尺寸冲击回波法混凝土缺陷弹性波雷达法（EWR）计算机层析法（CT）
检测基本原理
张力测试将锚头、垫板等简化为如下的模型。即将锚头与垫板、垫板与后面的混凝土或岩体的接触面模型化成如下的弹簧支撑体系。
  模型
该弹簧体系的刚性 与张力（有效预应力）有关，当然张力越大， 也越大。另一方面，在锚头激振诱发的系统基础自振频率 可以简化表示为:
  公式
在上式中，如果 为一常值，那么根据测试的基频 即可较容易地测出张力。然而，通过实验发现，埋入式锚索在锚头激振时，其诱发的振动体系并非固定不变，而是会随着锚固力的变化而变化。锚固力越大，参与自由振动的质量也就越大。
  模型
在此基础上，建立基于“等效质量”原理的有效张力测试理论和测试方法。利用激振锤（力锤）敲击锚头，并通过粘贴在锚头上的传感器拾取锚头的振动响应，从而能够快速、简单地测试锚索（杆）的现有张力。灌浆密实度检测预应力梁：通过弹性波的传播、反射特性，可以对预应力梁的孔道灌浆密实度进行定性检测和定位检测。 　　
定性测试
定性测试包括全长衰减法（FLEA）、全长波速法（FLPV）和传递函数法（PFTF）。这3种方法可以在一次测试中同时完成，通过相互之间的印证，可以提高测试精度。
1) 全长衰减法（FLEA）
一般情况下，能量比越小，灌浆越密实。如果孔道灌浆密实度较高，能量在传播过程中逸散的越多，衰减较大。如果孔道灌浆密实度较低，能量在传播过程逸散较少，衰减较小。 　　因此，通过精密地测试能量的衰减，即可以推测灌浆质量。
2) 全长波速法（FLPV）
通过测试弹性波经过锚索的传播时间，并结合锚索的距离计算出弹性波经过锚索的波速。通过波速的变化来判断预应力管道灌浆密实度情况。一般情况下波速与灌浆密实度有相关性，随着灌浆密实度测增加波速是逐渐减小，当灌浆密实度达到100%时，测试的锚索的P波波速接近混凝土中的P波波速。
3) 传递函数法（PFTF）
在预应力梁的一端激振，如果接收端存在不密实情况，会在接收端产生高频振荡。因此，通过对比接收信号与激发信号相关部分的频率变化，可以判定锚头两端附近的缺陷情况。此外，该方法测试的区域（锚头附近的钢绞线），恰恰是定位测试（IEEV）法较为困难的测试区域。
当然，在激振端附近的钢绞线也存在灌浆不密实现象时，激振端的传感器拾取的振动信号的频率也会增加。 　　        4) 灌浆指数
上述各定性测试方法各有特色，尽管测试原理不同，但测试方法完全一样。因此，根据一次的测试数据可以同时得到3种方法的测试结果。
灌浆密实度定性测试方法比较
方法优点缺点全长衰减法（FLEA）测试原理明确、对灌浆缺陷较为敏感测试结果离散性较大，影响因素多全长波速法（FLPV）测试结果较为稳定，适合测试大范围缺陷测试原理不严密，对缺陷较为钝感传递函数法（PFTF）能够测试锚头附近的灌浆缺陷测试范围较小为了定性测试的结果定量化，引入了灌浆指数If。当灌浆饱满时,If=1，而完全未灌时,If=0。因此，上述各方法可得到相应的灌浆指数。同时，综合灌浆指数可以定义为：
  公式
只要某一项的灌浆指数较低，综合灌浆指数就会有较明显的反映。通常，灌浆指数大于0.95一般意味着灌浆质量较好，而灌浆指数低于0.85则表明灌浆质量较差。
此外，灌浆指数是根据基准值而自动计算的，因此，基准值的选定是非常重要的。不同形式的锚具、梁的形式以及孔道的位置都会对基准值产生影响，所用在条件许可时，进行相应的标定或通过大量的测试并结合数理统计的方法确定基准值是非常理想的。
灌浆指数的基准值
方法项目全灌浆时值无灌浆时值全长波速法波速（km/s）混凝土实测波速5.01全长衰减法能量比0.020.20传递函数法频率比（F1/F0）1.003.00激振频率（KHz）2.04.0定位测试
根据定性测试的结果，对有缺陷的管道再利用冲击回波等效波速法（IEEV）对管道灌浆缺陷进行定位测试。定位测试沿着管道的上方或侧方，以扫描的形式连续测试（激振和受信），通过反射信号的特性测试管道内灌浆的状况。
IEEV法利用在波纹管上部激振时，根据弹性波的反射特性来判断缺陷的具体位置。当管道灌浆存在缺陷时， 　　       1) 激振的弹性波在缺陷处会产生反射；
2) 激振的弹性波从梁底部反射回来所用的时间比灌浆密实的地方为长，即用梁长得到的等效波速慢。
根据反射信号及等效速度的特点，不仅能够检测缺陷的位置，还可以推断灌浆缺陷的类型（空洞型或松散型）和规模大小。
缺陷类型的区分
管道处的反射信号等效波速缺陷定义、类型明显正常小缺陷：有小规模空洞、空洞不连续慢大缺陷：有大规模、连续性空洞不明显正常没有明显缺陷慢松散缺陷：无明显空洞的材质松散型缺陷横竖向预应力孔道检测横（竖）向预应力孔道灌浆密实度的检测方法与岩锚杆测试类似。所不同的是，在桥梁中，横向预应力常常采用的是锚索。与锚杆相比，在锚索中传播的弹性波衰减及振动干扰更大，因此不能套用岩土锚杆的检测方法。
基于振动频率的测试方法。
对于横向预应力锚索，外力激振后会引起钢绞线的自由振动。当未灌浆时，钢绞线处于自由状况，其自振频率较高。而灌浆饱满时，由于附加质量的影响，其自振频率会有明显的降低。
基于能量衰减的测试方法
对于横向预应力锚索和竖向预应力锚杆，外力激振信号的衰减速度与灌浆密实度有较大的关系。当未灌浆时，锚索（杆）中的弹性波逸散面小，能量衰减慢，因此其振动持续时间长。而灌浆饱满时，弹性波逸散面大，能量衰减快，因此其振动持续时间短。锚索杆长度检测基于弹性波的反射特性检测锚索（杆）长度，在锚索（杆）露出端上激振与受信，根据反射信号的位置来测试锚索（杆）长度。混凝土材质测试针对混凝土质量的检测与灌浆密实度一样，也是采用冲击弹性波作为测试媒介。通过测试弹性波的波速，据此计算材料的动弹性模量和推算相应的静弹模，进而根据弹模与压缩强度的相关关系推算混凝土的抗压强度。对于1维均质弹性体，其弹性模量与弹性波P波波速的关系可以表示为  一维波
其中， ρ为材料的密度，对于混凝土， ρ一般为2400kg/m3左右。当测试对象为2维或3维时，P波速度有一定的变化。
2维：
  二维波
3维：
  三维波
一般来说，一维、二维、三维波速比为1:1.02:1.05。需要指出的是，上面得到的是材料在小应变条件下的动弹性模量，而非静弹性模量。对于钢材这样的均质弹性材料， 动模与静模 非常接近，而对于混凝土这样的非线性材料而言， 两者之间则有一定的差异。根据Edward教授以及我们的研究成果，常用的混凝土弹性模量 与 间有下述关系：
  动静模关系
而对于混凝土的抗压强度Sc，其与Ec间有较好的相关关系。根据ASTM的统计，对于相同配比的混凝土，该相关系数可达到0.95。
由于测试对象和测试位置的不同，该仪器集成了多种测试方法。
单面重复反射法（冲击回波法）
在被测混凝土结构的壁厚既知的前提下，利用弹性波的重复反射，可测出弹性波在被测混凝土试件的传播时间和弹性波波速，从而计算出混凝土的弹性模量，进而能够推算混凝土的强度指标。该方法也称“冲击回波法”，具有测试效率高、测试结果客观性强的特点，可优先采用。
单面传播法
在混凝土壁厚未知时，可在同一表面测P波，从而推算混凝土的强度指标。
双面透过法（透射法）
针对梁的整体，采用双面透过法的方法，可以测试整个梁长的弹性模量。
混凝土梁弹性模量测试方法比较
方法优点缺点冲击回波法测试效率高、精度好要求壁厚既知单面传播法在壁厚未知时也可测试测试效率低，精度稍差双面透过法测试范围广，精度高要求双面作业、对测试条件有一定要求混凝土结构尺寸检测主要采用单面反射法（冲击回波法）。根据尺寸的大小、激振波长和能量的强弱，又可以分为单一反射法和重复反射法。
单一反射法
当测试对象较厚，激振信号与反射信号能够分离时，通过抽取从结构底部的反射信号，根据反射时间和波速即可测出对象的厚度。
重复反射法
当测试对象较薄，激振信号与反射信号不能很好分离时，通过频谱分析的方法可以算出一次反射的时间（即周期），据此和波速即可测出对象的厚度。混凝土缺陷弹性波雷达扫描技术（EWR）
沿测试对象表面连续激发弹性波信号，信号在遇到空洞等疏松介质时会产生反射。通过抽取该反射信号并进行相应的图像处理，即可识别结构的内部缺陷。
弹性波计算机层析扫描技术（CT）
在医疗领域中，CT（Computer Tomography）是非常有效的无损检测技术。我们开发的弹性波CT的原理与医疗CT基本相同，所不同的是所用的媒介是弹性波而不是X光，采用的参数是波速，而不是衰减。
常见问题处理
灌浆缺陷处理对于需要处理的缺陷需要材料可以选择：
原配浆料 对于较大缺陷和孔道两端灌浆不足，可用原配浆料进行钻孔注浆或补浆。
环氧树脂材料 环氧树脂材料具有密实、抗水、抗渗漏好、强度高、附着力强等特点，可以作为快速修补材料，加固的灌浆材料用于孔道灌浆小范缺陷处理。
聚氨酯材料 在工程建筑中，聚氨酯材料可作为密封胶、粘合剂、防水堵漏剂等使用，对于有水的孔道灌浆小缺陷也可以使用该材料来修补；
聚合物防水砂浆 聚合物防水砂浆主要用于钻孔注浆后注浆孔的修复。
缺陷处理需要注意以下几点：
对于小缺陷只需要打一个孔，重新注浆；
对于较大缺陷需要打两个孔，一个为注浆孔，另一个为排气孔，注浆从下方孔进行；
钻孔注意避开钢筋，宜用钢筋扫描仪或混凝土雷达事先对钢筋定位；
重注浆后注浆孔要处理好，注意防水。对重注浆孔采用速凝混凝土、树脂材料或微膨胀材料修补后，应在表面涂上防水材料。如聚氨酯、弹性涂膜防水材料，聚合物水泥膏、聚合物薄膜（粘贴）等。
为了确保重注浆充满，在注浆后约半小时可以对每个注浆孔再次补浆。混凝土缺陷处理根据不同的缺陷类型采用相应的处理方法。
混凝土质量整体较差；因为影响整体承载力，因此需要参考设计资料，对梁进行整体加固；
出现开裂：根据裂缝的深度、位置，首先需要明确裂缝的成因（通常有干缩、应力、温度等原因），其次根据裂缝成因采取表面封闭（干缩、温度裂缝），碳素纤维或钢板加固（应力裂缝）。裂缝严重时，可能需要考虑废梁；
表面蜂窝及内部空洞：根据缺陷位置和大小，判断其对梁的整体性性能的影响程度。程度轻微时可做表面处理，严重时考虑局部加固，特别严重时，需考虑废梁。预应力不足处理对于没有灌浆的情况下出现预应力损失，可以退出现有预应力钢绞线，重新穿入新的钢绞线进行二次张拉。
对于已经灌浆的预应力孔道目前没有特别有效的处理方式，可考虑体外预应力加固，严重时考虑废梁。