基于導(dǎo)波技術(shù)的高速公路護(hù)欄立柱埋深檢測(cè)　

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1、基于導(dǎo)波技術(shù)的高速公路護(hù)欄立柱埋深檢測(cè)第2008中國(guó)公學(xué)報(bào)Vol.21NO.6China文基于何存11Journal章導(dǎo)波技術(shù)富，王學(xué)ofHighway號(hào)公路秀彥andNov.2008Transport:1001-7372(2008>06—0037-06欄立柱埋深檢測(cè)孫雅欣，昊斌(北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院，北京100022)摘要:為了研宄導(dǎo)波在半埋地護(hù)欄立柱結(jié)構(gòu)屮的傳播特性,并從屮選擇適合檢測(cè)立柱長(zhǎng)度的導(dǎo)波模態(tài)和頻率，在彈性動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)上，分另q對(duì)立柱朱埋地部分和埋地部分的導(dǎo)波群速度，衰減和頻散進(jìn)行

2、計(jì)算分析.結(jié)果表明:80?130kHz的縱向模態(tài)L(0,2>在未埋地部分和埋地部分中的群速度相同，袞減程度最小，傳播距離可以滿足檢測(cè)圖昆可以用來(lái)對(duì)半埋地立柱埋深進(jìn)行檢測(cè);試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果和理論分析相吻合,所獲得的端面M波信號(hào)清晰，有較高的信噪比，測(cè)量的最大相對(duì)誤差小于0.8%,可以滿足工程實(shí)際關(guān)鍵詞:道路工程;護(hù)欄立柱;超聲導(dǎo)波技術(shù);埋深檢測(cè)；彈性動(dòng)力學(xué)中圖分類號(hào):U417.12文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A引、-度和損失.護(hù)欄立柱埋設(shè)狀況的優(yōu)劣，直接關(guān)系到高速公路及車輛的運(yùn)行安全.特別是在施工過(guò)程中，由于人力縮短立柱的埋人深度，導(dǎo)致

3、施工質(zhì)量達(dá)高速公路護(hù)欄可以有效降低交通事故的嚴(yán)重程收稿FI期：2008—02-23基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(10602004)1北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(8062008)作者簡(jiǎn)介:何存富(1958一)，男，山兩大同人，教授.博士研究生導(dǎo)師.工學(xué)博士，E—mail:hecunfu@bjut.edu.cn.38中國(guó)公路學(xué)報(bào)2008年不到@3標(biāo)準(zhǔn)，造成重大事故時(shí)有發(fā)生.因此很有必要對(duì)立柱的埋入深度進(jìn)行檢測(cè).公路護(hù)欄立柱的施工屬于隱蔽工程，現(xiàn)在常用的方法是拔出后檢測(cè)，這不僅會(huì)破壞路基的完整性，而且按國(guó)標(biāo)JTJ074-9

4、4的規(guī)定u],耑要對(duì)路基重新夯實(shí)后方可再波.托實(shí)心和空心圓柱體屮傳播的超聲導(dǎo)波存在3種模態(tài)，即縱向模態(tài)L(0,優(yōu)扭轉(zhuǎn)模態(tài)T(OJrn＞和彎曲模態(tài)F(n,仇｝.其中L模態(tài)和T模態(tài)是軸對(duì)稱模態(tài),F模態(tài)為非對(duì)稱模態(tài).當(dāng),2=0時(shí)，有無(wú)限多個(gè)扭轉(zhuǎn)模態(tài)和無(wú)限多個(gè)縱向模態(tài);當(dāng)ri一1,2,3,...時(shí)，有雙倍無(wú)限多個(gè)彎曲模態(tài).對(duì)于給定的第,z階模態(tài)以做出優(yōu)個(gè)模態(tài)的頻散曲線.半埋地護(hù)欄立柱可以簡(jiǎn)化為圖1所示的模型，護(hù)欄的上半部分內(nèi)外壁表而沒(méi)有受外D次打入，這給施工監(jiān)理帶來(lái)較大的困難.本文中筆者就針對(duì)這一具體工程問(wèn)題，提出基于超聲

5、導(dǎo)波技術(shù)的立柱埋深檢測(cè)方法.超聲導(dǎo)波檢測(cè)是一種成本相對(duì)較低的能夠進(jìn)行快速，長(zhǎng)距離，大范圍無(wú)損檢測(cè)的方法.超聲導(dǎo)波不受材料種類的限制，接收1信號(hào)能夠包含有關(guān)發(fā)射和接收2點(diǎn)間結(jié)構(gòu)的整體信息，可以反映構(gòu)件內(nèi)部及周圍介質(zhì)的整體情況口].對(duì)于埋地，帶有包覆層，高力作用/可以視為白由邊界條件.立柱的下半部分被打入到公路路基屮，其情耒里地部分??/7;II形才J1砭各多J了狽檢行損進(jìn)無(wú)題的速問(wèn)快的3似大類行決進(jìn)瞬構(gòu)論結(jié)等理波板，導(dǎo)管用/種對(duì)?等不易接觸的非金屬和金屬構(gòu)件，導(dǎo)波技術(shù)是FI前較好的無(wú)損檢測(cè)手段之一.特別適合對(duì)國(guó)的研宄

6、者方面的研埋地部分II/II況比較復(fù)雜.考慮極限情況，即假?zèng)]周圍土壤和立柱結(jié)合緊密，則立柱在路基土屮的部分可以看罔1III宄.英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)的Long等co]研究了導(dǎo)波技術(shù)對(duì)埋地輸水管道缺陷的檢測(cè)能力.指出在埋地管道屮低頻縱向模態(tài)可以在管壁屮傳播較遠(yuǎn)的距離.Pu等”3利用導(dǎo)波技術(shù)對(duì)水泥灰漿的固結(jié)過(guò)程進(jìn)行了檢測(cè).對(duì)錨固結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)是導(dǎo)波應(yīng)用的另一個(gè)方面,Madenga等ooi研宂了水泥固結(jié)時(shí)間，埋深對(duì)導(dǎo)波信號(hào)的影響.Cui等聃1使川有限元方法對(duì)部分埋地錨桿中的導(dǎo)播傳播特性進(jìn)行了研宄，在群速度等

7、參數(shù)上取得了與試驗(yàn)比較nr構(gòu)大限姑無(wú)柱圍外立作模型Modelof土壤的3層柱狀結(jié)構(gòu).Fig.lPostStructure導(dǎo)波信號(hào)的一部分能量會(huì)泄漏到周圍的土壤中，這種系統(tǒng)稱為導(dǎo)波的泄漏模式.立柱的邊界條件稱為受載條件.以下就這2種情況分別進(jìn)行討論.1.1未埋地部分吻合的結(jié)果.超聲導(dǎo)波技術(shù)用于對(duì)護(hù)欄立柱施工質(zhì)量的檢測(cè)立柱上半部分可以看作自由立柱.從而建立柱面坐標(biāo)系，并設(shè)z向?yàn)閷?dǎo)波的傳播方向，門(mén),6分別為立柱的內(nèi)外半徑.具有一定的優(yōu)勢(shì).高速公路護(hù)欄立柱主要為鋼管，直徑114mm或140mm,長(zhǎng)度最大為1800mm,這根

8、據(jù)彈性力學(xué)的知識(shí)，各向同性的彈性固體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方程為(A+盧)VVu+t坐V種尺寸范闈處于導(dǎo)波檢測(cè)的最佳范W.使用脈沖回波法可以實(shí)現(xiàn)在立柱的端部激勵(lì)和接收信號(hào).此外.導(dǎo)波存在2個(gè)重要的特性:其一是導(dǎo)波的頻散特性，不同的頻率下導(dǎo)波具有不同的傳播速度，即導(dǎo)波的速度隨頻率變化而變化;其二是多模態(tài)特性.即在同一個(gè)頻率點(diǎn)上可能存在多個(gè)導(dǎo)波的傳播形式，不同的模態(tài)具有不同