紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)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(lái)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(wú)法對(duì)其澆筑質(zhì)量進(jìn)行直觀檢查。因此，在實(shí)際工程中對(duì)鋼管混凝土的澆筑質(zhì)量進(jìn)行有效的檢測(cè)，對(duì)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(wú)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(jiǎn)潔、快速的無(wú)損檢測(cè)方法，已有試驗(yàn)研究初步表明利用該技術(shù)檢測(cè)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(cè)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(duì)水化熱條件下和外界熱激勵(lì)條件下帶管壁缺陷鋼管混凝土試件的熱傳導(dǎo)過(guò)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(lì)條件下利用紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)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(duì)流換熱情況、外部熱激勵(lì)強(qiáng)度及時(shí)間時(shí)間等外部檢測(cè)因素對(duì)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(cè)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(duì)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(shí)別，在水化熱條件下利用紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)鋼管混凝土管壁缺陷是不可行的，要想達(dá)到

4、檢測(cè)的目的，必須借助外界熱源等其他手段。
　?、谕饨鐭峒?lì)條件下管壁缺陷會(huì)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(shí)別；在外界熱激勵(lì)條件下利用紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)鋼管混凝土管壁缺陷是可行的；加熱過(guò)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(cè)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(cè)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?。蝗毕莩叽缡怯绊懠t外熱成像檢測(cè)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(duì)紅外熱成像檢測(cè)的影響幾乎可以忽略不計(jì)，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(shuō)明利用紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)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(cè)的，但效果比普通位置管壁缺陷的檢測(cè)效果要略差；內(nèi)加強(qiáng)環(huán)的厚度和寬度均不會(huì)影響管壁缺陷引起的局部溫度差異。
　?、莪h(huán)境溫度在整個(gè)加熱和散熱過(guò)程中均不會(huì)對(duì)缺陷表面溫度分布產(chǎn)生影響，對(duì)流換熱系數(shù)的大小在加熱過(guò)程中不會(huì)對(duì)缺陷表面溫度分布產(chǎn)生影響，在散熱過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致缺陷表面與非缺陷表面的溫度差下降更快。
　　⑥在鋼管混凝土表面施加熱流強(qiáng)度的大小和時(shí)間均會(huì)對(duì)溫度差和檢測(cè)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