橋式 CT 的工作原理與醫學 CT 類似。 醫學CT利用X射線的吸收特性穿透人體,對人體組織進行成像。 橋梁CT使用聲波穿透混凝土,並通過聲波速度分布對混凝土結構進行成像。 橋梁CT和醫學CT的數學基礎是一樣的,都是基於氡變換原理,即通過觀察引數(速度、吸收係數)沿路徑的積分結果,重構區域內引數的分布。 橋梁CT是利用對透射波傳播時間和能量衰減的觀察,重建混凝土內部結果的速度和吸收係數分布,速度和吸收係數可以靈敏地反映混凝土的孔隙率、密實度、彈性模量等質量。 橋梁CT檢測技術包含以下技術要點。
1)首先將三維梁體分解為梁和板,分別對梁和板進行二維CT成像,最後將二維梁和板合成為三維梁影象
2)在梁板的CT成像中,將梁板劃分為單元,每個單元具有獨立的波速,通過組合元件體的波速來描述梁板的結構特徵
3)細胞的波速與觀察到的通過射線路徑的傳播時間有關,即聲波沿射線傳播的時間是每個細胞所花費的時間之和。每條光線對應乙個時間方程,多條光線的觀測時間對應於乙個方程組。
在方程中,行進時間 t 是觀察到的已知量,lij 是通過光線追蹤計算的路徑長度,波速 v 是要找到的結構引數。
4)當觀測系統滿足單位射線密度、射線正交性和射線數大於單元數3個指標時,可以得到該區域波速分布的最優解。該解決方案在最優意義上是獨一無二的,可以作為工程判斷的基礎。
混凝土的波速與彈性模量、剪下模量和密度直接相關。 混凝土密實性好、強度高、模量大、波速高、衰減小鬆散的空隙混凝土波速低,衰減大。 混凝土的波速主要反映混凝土的密實性,與混凝土的抗壓強度呈正相關,已有大量的理論和實驗研究資料。 彈性力學中縱波速度與彈性模量的關係如下:
通過對西南地區水利水電系統混凝土強度和波速的試驗,得到了如下指數回歸方程。
混凝土的聲速可作為評價混凝土密實度和強度的定量指標。 由於不同地區砂石骨料的差異,波速與混凝土強度的關係會略有不同,但一般規律不會改變。
聲學BCT檢測技術在建橋梁質量控制和破舊橋梁病害診斷中的解像度可以達到分公尺級。 可檢測混凝土橋梁結構內部缺陷,直觀顯示缺陷的位置、範圍和程度,為病害修復、施工質量控制和工藝改進提供依據。
目前,北京通都生產的64通道橋梁CT系統已廣泛應用於橋梁CT檢測,橋梁CT技術可以提供混凝土橋梁的整體質量影象,發現結構內部缺陷,具有影象直觀、定位準確、結果可靠等特點,經鑽孔取芯驗證。 如下圖所示:
系統指標:取樣率5微秒,64通道,記錄長度120kb,解像度24位,工作溫度:-30°C—