模糊数学在超声波检测桩基完整性中的应用

2016-04-20陈向阳王志鑫

公路与汽运 2016年2期

关键词：模糊数学完整性桩基

陈向阳,王志鑫

(长沙理工大学,湖南长沙 410004)

模糊数学在超声波检测桩基完整性中的应用

陈向阳,王志鑫

(长沙理工大学,湖南长沙 410004)

摘要:现有规范对于桩基完整性的评判过于简单,所用方法过于笼统,而且对于有些桩基的完整性很难准确判定。文中根据超声波透射法检测桩基所得波速、波幅和波形,利用模糊数学对桩基完整性进行分析,以准确判断桩基的完整性。

关键词:桥梁;桩基;超声波;模糊数学;完整性

目前,在超声波透射法检测中,在利用接收器接收的信号确定缺陷的有无、大小、形状和性质时常会遇到这样的问题,即缺陷信号与散射波信号之间及不同类型缺陷信号之间的特征比较模糊,很难对它们作出十分精确的判断。

作为隐蔽工程,桩基础一般在地下或水下,具有技术要求高、工序繁杂、施工难度大等特点,在施工过程中很容易出现质量问题,对于桩基的检测研究尤为重要。运用超声波检测桩基时,一般采用波速、波幅和PSD(功率谱密度)值进行桩身完整性判断,由于对导致异常声测曲线的缺陷的大小、性质判断不精确,很难对桩基完整性进行精确判别。为此,该文运用模糊数学对超声波桩基检测中出现的较模糊的缺陷作出判别。

1 基于模糊数学的桩基完整性判别

除波速、波幅外,波形也能直观地反映桩基的完整性,波形畸变的厉害程度与桩基质量有一定关系。因此,应用模糊数学建立的评判因素集为{波速,波幅,波形}。波速、波幅、波形对于判断桩基检测完整性有不同程度的影响,赋予相应权重为A={0.6,0.3,0.1}。

1.1 隶属度函数确定

常用的隶属度函数有偏大型、中间型和偏小型3种。在桩基检测中,优秀的采用偏大型,合格的采用一般型,不合格的采用偏小型。其函数形式,偏大型为:

中间型为:

偏小型为:

1.2 置信区间的划分

在超声波桩基检测中,通过发射器发出的波速在不同介质中的传播速度不同,从而不同程度地反映桩基的质量。因此,波速通常作为判断桩基完整性的主要参数之一。波速临界值是界定波速是否异常的参照值,可根据临界值确定波速的置信区间。波速临界值vc=vm-2σv(vm为波速平均值,σv为波速标准差)。取a=vm-2σv,b=vm,c=vm+ 2σv。

波幅的大小是声波在传播中衰减程度的具体体现。超声波在砼中传播的衰减情况可由波幅测值的变化直接反映,并且波幅遇到缺陷时突变明显进而反映桩基的质量。因此,波幅可用于判断桩基的完整性。不过波幅容易受仪器性能、换能器耦合情况、测距等非缺陷因素的影响,故不可单凭波幅情况进行判别。波幅临界值是界定波幅是否异常的参照值,可根据临界值确定波幅的置信区间。波幅临界值Ac=Am-6(Am为波幅平均值)。取a=Am-6,b=Am,c=Am+6。

波形对于判断桩基完整性有参考作用,波速和波幅也从侧面影响波形的好坏。当超声波在有缺陷的砼中传播时,缺陷的复杂界面使其传播路径复杂化,产生绕射、反射、折射等,最后形成一个波形畸变的超声波信号,波形畸变越厉害则砼缺陷越严重。波形的好坏可反映桩基的质量,但波形易受非缺陷因素的影响,只能作为辅助参考。波形的置信函数不是通过计算得到,而是通过综合分析确定。

1.3 模糊评判分析

采用超声波的波速、波幅和波形作为评判因素域,即U={波速,波幅,波形},评判论域V={优秀,合格,不合格},则模糊关系矩阵R=U×V。根据赋予的权重和模糊矩阵得出综合评判矩阵B=A· R,由此判断桩基缺陷的有无及程度。