紅外熱成像技術(shù)檢測鋼管混凝土管壁缺陷的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著高層建筑和超高層建筑的不斷發(fā)展，具有承載力高、抗震性能好、施工便捷和環(huán)保經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)的鋼管混凝土作為超高層建筑的主要承重體系在建筑業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。但是由于澆筑完成后鋼管內(nèi)的混凝土又處于隱蔽狀態(tài)，無法對其澆筑質(zhì)量進(jìn)行直觀檢查。因此，在實(shí)際工程中對鋼管混凝土的澆筑質(zhì)量進(jìn)行有效的檢測，對于保證鋼管混凝土構(gòu)件的正常工作和保障工程結(jié)構(gòu)的安全性能具有非常重要的意義。然而，目前較廣泛應(yīng)用的人工敲擊法、超聲法和沖擊回波法等無法很好地解決工程

2、應(yīng)用中安全性與經(jīng)濟(jì)性的矛盾。紅外熱成像技術(shù)是一種簡潔、快速的無損檢測方法，已有試驗(yàn)研究初步表明利用該技術(shù)檢測鋼管混凝土管壁空鼓缺陷在一定壁厚條件下是可行的，但還需要更進(jìn)一步深入研究。
　　本文基于紅外熱成像技術(shù)的檢測理論和鋼管混凝土的熱傳導(dǎo)理論，在已有理論及試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對水化熱條件下和外界熱激勵條件下帶管壁缺陷鋼管混凝土試件的熱傳導(dǎo)過程進(jìn)行了有限元模擬，研究了在水化熱條件下和外界熱激勵條件下利用紅外熱成像技術(shù)檢測鋼管混凝土管

3、壁缺陷的可行性，分析了鋼管壁厚、缺陷幾何尺寸、缺陷深度等缺陷自身因素和環(huán)境溫度、對流換熱情況、外部熱激勵強(qiáng)度及時間時間等外部檢測因素對帶管壁缺陷鋼管混凝土試件表面溫度分布和紅外熱成像檢測效果的影響，并將部分研究分析結(jié)果與已有理論及試驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證，主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：
　?、偎療釛l件下管壁缺陷引起的鋼管混凝土表明溫度差異很小，很難被儀器所識別，在水化熱條件下利用紅外熱成像技術(shù)檢測鋼管混凝土管壁缺陷是不可行的，要想達(dá)到

4、檢測的目的，必須借助外界熱源等其他手段。
　?、谕饨鐭峒顥l件下管壁缺陷會導(dǎo)致鋼管混凝土表面缺陷區(qū)域的溫度比非缺陷區(qū)域高，溫度差能夠被儀器所識別；在外界熱激勵條件下利用紅外熱成像技術(shù)檢測鋼管混凝土管壁缺陷是可行的；加熱過程溫度差不斷增大，存在溫度差異的區(qū)域面積也不斷增大，但加熱結(jié)束后，溫度差迅速減小，檢測工作宜在加熱階段末段進(jìn)行。
　　③鋼管壁厚是影響紅外熱成像檢測的最關(guān)鍵因素，隨著鋼管壁厚的增大，鋼管表面缺陷區(qū)域與非缺陷區(qū)

5、域的溫度差迅速減小，存在溫度差異的區(qū)域面積也不斷減小；缺陷尺寸是影響紅外熱成像檢測的重要因素，隨著缺陷尺寸的增大，鋼管表面缺陷區(qū)域與非缺陷區(qū)域的溫度差不斷增大；缺陷厚度對紅外熱成像檢測的影響幾乎可以忽略不計，隨著缺陷尺寸的增大，鋼管表面缺陷區(qū)域與非缺陷區(qū)域的溫度差變化幅度極小，說明利用紅外熱成像技術(shù)檢測鋼管混凝土試件中鋼管與混凝土交界面的脫黏缺陷也是可行的。
　?、軆?nèi)加強(qiáng)環(huán)與鋼管壁交接處陰角位置的管壁缺陷也是可以利用紅外熱成像技術(shù)

6、進(jìn)行檢測的，但效果比普通位置管壁缺陷的檢測效果要略差；內(nèi)加強(qiáng)環(huán)的厚度和寬度均不會影響管壁缺陷引起的局部溫度差異。
　　⑤環(huán)境溫度在整個加熱和散熱過程中均不會對缺陷表面溫度分布產(chǎn)生影響，對流換熱系數(shù)的大小在加熱過程中不會對缺陷表面溫度分布產(chǎn)生影響，在散熱過程中會導(dǎo)致缺陷表面與非缺陷表面的溫度差下降更快。
　?、拊阡摴芑炷帘砻媸┘訜崃鲝?qiáng)度的大小和時間均會對溫度差和檢測效果產(chǎn)生重要的影響，熱流強(qiáng)度大小的影響是近似成正比的，而熱激