冲击回波法检测水工混凝土厚度的不确定度分析.docx

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1、引言冲击回波法是一种基于应力波在结构混凝土内部不同介质界面反射,通过在时窗中截取有效信号，且频谱转换后进一步分析处理，提取频域曲线特征值以判别结构层厚度或内部缺陷的无损检测方法。基于其可扫描、设备便携、单面测试等优点，常运用于水工结构工程中仅具一个测试面的混凝土构件的厚度检测及内部缺陷诊断。冲击回波在常见介质中的声阻抗率Z值见表V1当应力波传播过程中穿过材料1投射到材料2的界面上时，将有部分入射波反射。对于冲击回波测试而言，只有当反射系数绝对值大于0.24,由反射波引起的质点位移的相对振幅才有意义。该方法在水工混凝土构件厚度的测试中具有较好的推广前景，但方法一旦推广，测量结果的可信度就必须得到

2、保证，因而测量方法不确定度的评定成为了不可或缺的环节，一方面是响应相关国家标准GB/T15481-2000检测和校准实验室能力的通用要求的要求，另一方面也是适应当前工程管理标准日益提高的需求。表1常见工程介质的声阻抗率Z参数表材料声音阻抗率/化9/($)空气0.4水1.5106土壤0.34xW6石灰岩719W6-44-U1-I1Xj化X七15-17106混凝土7Ie)X1o61、声速测黄的不确定度分析按标准JGJ/T4112017冲击回波法检测混凝土缺陷技术规程测量出冲击回波纵波波速值连续测量3次，且声速极差值不大于平均波声速值匕的5%视为测量值符合要求，否则应重新选点再测。本次在实验室内预制

3、2mX2m的混凝土板件，厚度约400mm,设计强度等级C30,用于模拟水工翼墙。实验室内3次测量的平均值P=4000mso由于测点数量少于6次，不可采用贝塞尔公式计算标准差,可通过极差法来计算不确定的分量，考虑到声速测量过程存在较多不可预知的因素,评定时可采用%X5%的量值作为极差，以对波速测量的不确定度进行一定程度的放大，当不确定来源均可掌握时,采用实测数值的极值予以评定。依据标准JJF1O59.12012测量不确定度评定与表示，被测量值估计值的标准不确定度按式(1)计算：uA(x)=s(x)=d=(1)yjnCn式中，R极差；C极差系数；n测量次数。极差系数按JJF1O59.12012取值

4、见表2。表2极差系数C234567891.131.692.062.332.532.702.852.97则本次试验声速测量的标准不确定度为:R_40005CG-1.693=68.3m/SOs(Vni)WS(VP)=T=7n2厚度测量的不确定度分析根据JGJ/T4112017,厚度测量的数学模型见式（2）：式中，D混凝土构件厚度（m）;b形状系数，板类构件取0.96；Vp冲击回波纵波声速（ms）;f频域曲线中的主频（HZ）o可见厚度值的不确定度来源于波速值测量及主频值测量，人为因素影响引入的不确定度分量通过重复性测量的主频标准差来体现，为较准确地控制其影响量，DB34/T29912017冲击回波法

5、检测混凝土缺陷技术规程要求，测点数量不宜少于IO个，不应少于6个。本试验重复测量IO个测点。考虑声速测量与主频测量不相关，厚度测量值的标准不确定表达式见式（3）：U(D)=(匕,)2+c()2(3)式中，?声速测量不确定度影响分量对厚度测量不确定度评定的传播系数，Cf主频测量不确定度影响分量对厚度测量不确定度评定的传播系数，其表达式分别见式(4)、式(5)：Db,、”或F(4)D一叱CFF(5)主频测量的标准差通过贝塞尔公式计算，见式(6)：x)=J-1(Z-7)2(6)贝I，主频的A类标准不确定的分量见式(7)：ua(/)=p-(7)考虑仪器设备在频域曲线中对主频读数的分辨力为S=S1kHz

6、,区间半宽为O.O5kHz,考虑均分分布，查标准JJF1059.12012得，k=1仪器分辨力引起的不确定度分量见式(8)：(8)“(J)=今=0.293B23则，主频测量的标准不确定分量可按式(9)或式(10)表达:=7)2+(7)2当孙(7)V%(7)时,可直接取u(f)=u(f)(10)本次试验主频测量值见表3。表3主频力测量值kHz12345678910fiDi4.804.764.694.774.834.854.864.764.814.774004034094033983963954033994037=-Y/；=4.79kHz,s(f)=0.05kHz,Hi=D=Vz=401mmZ=I

7、ua(7)=半=0.016kHz,Go-UrU)=0.29b=0.015kHzBJ23那么，本次试验主频测量的不确定分量为:U=，孙(7)2+M(7)2=0.0152+0.0152=0.022kHz根据式(5)、式(6),Vp=4000ms,Z?=0.96,/=，=4.79kHz,贝J:Db0.96nncVn=0.10VPVn2/24.79PJD-bVp-0.96x4000Cf=-=-83.7jf2/224.792将上述数值带入式(3)中，计算厚度测量的标准不确定度为：(。)=(匕才+(/)=0.1068.32+(-83.7)0.0222=7mm厚度测量的扩展不确定度：U(D)=kn(D)=2

8、X7=14mm,其中=2,保证率p=95%o板件的冲击回波测量厚度可表达为：3、仪器期间核查冲击回波仪可采用留样再测的方式进行期间核查,通过归一化偏差值E来衡量仪器所保持的状态,见式（11）。=4（H）W1+2式中，处仪器校准初期测得的被测对象的量值（mm）,x2核查时测得的被测对象的量值（mm）,U1仪器校准初期测得的被测对象的量值的标准不确定度（mm）,u2核查时测得的被测对象的量值的标准不确定度（mm）。若纥07,表明该核查仪器的检定/校准状态得到保持,测量结果稳定；07E,T,表明被核查设备仪器的检定或校准状态接近临界状态，应查找原因并采取相关预防措施，如提交期间核查的频次，缩短检定或校准周期等咒如冲击回波仪核查初期测得的x=401mm,w1=7mm;核查时测得X2=408mm,2=8mm;那么：401-408E11=J-=0.660.7说明冲击回波仪保持了良好的状态。结语(1)本文通过具体算例对冲击回波法检测水工混凝土结构厚度的不确定度进行分析，详尽阐述了该方法不确定的评定过程。(2)在实验室间比对，仪器设备期间核查及实验室能力验证过程中都要求给出测量方法的不确定度，因而，对不同方法不确定评定的方法进行研究推广极其必要，也能更好地适应水工主管部门对现场检测越来越高的要求。