钢板与浇注砼结合面脱空缺陷中子无损探测及结果数字显像方法研究
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摘要
钢板衬砌砼结构为水利、水电等工程普遍采用。当砼浇注施工质量不好时,在钢板与砼之间会产生脱空缺陷,严重时会威胁工程运行安全。长期以来,人们曾采用x-射线、γ-射线和超声波方法进行探查尝试,但都未能奏效。目前工程上只能采用较原始的槌击法检查,常因误判而造成钢结构的不必要的破坏。鉴于此,本文提出利用快中子散射法无损探测脱空缺陷,以解决这一工程难题,做了以下研究工作:
a)通过对快中子与钢板和砼两种不同介质作用时的机理研究,了解复合界面层快中子慢化的差异性;
b)以大量室内模拟标定试验为依据,确定了结合面脱空缺陷空间形态与所形成的热中子浓度(计数率)大小和分布之间关系;
c)采用缺陷分割,分块对比分析,实现了脱空检测结果的数字化显像;
d)以天生桥一级电站工程4~#蜗壳为例,验证了钢板与浇注砼结合面脱空缺陷中子无损探测及结果数字显像方法在实际应用中的可行性。
Concrete structure overcasted by steel plate is widely adopted in hydraulic and hydroelectric engineering. If the concrete is poorly poured there will be come-away defect between the steel plate and concrete, which threats the running safety of the project for severity. People have been long attempting to use x-ray,γ-ray and ultrasonic to make detection, but without any effect. At present, it can only use the relatively primitive mallet-striking way to examine the structure. But it often cause unwanted damage to the steel structure out of misjudgement. Whereas, this dissertation proposes to apply Fast Neutron Scattering to detect the cavity defects without any damage so as to resolve this difficult engineering problem, and hence the following research is made:
a) Find out the moderation difference of fast neutrons inside the complex interface through the mechanism study of between fast neutrons and steel plate and also fast neutrons and concrete.
b) On the basis of abundant laboratory simulation demarcate experiments, determine the spatial configuration of the cavity defect in complex interface, and along with the relation between thermal neutrons density (counting rate) and distribution
c) Contrast analysis after defect division and partition realizes digitization image-display of the come-away examination result.
d) Take the 4~(th) volute in Tianshengqiao 1~(st) Grade Power Station as example, validate the feasibility of digitization image-display as well as neutron non-damage detection of come-away defect inside the steel plate & concrete complex interface in practical application.
a)通过对快中子与钢板和砼两种不同介质作用时的机理研究,了解复合界面层快中子慢化的差异性;
b)以大量室内模拟标定试验为依据,确定了结合面脱空缺陷空间形态与所形成的热中子浓度(计数率)大小和分布之间关系;
c)采用缺陷分割,分块对比分析,实现了脱空检测结果的数字化显像;
d)以天生桥一级电站工程4~#蜗壳为例,验证了钢板与浇注砼结合面脱空缺陷中子无损探测及结果数字显像方法在实际应用中的可行性。
Concrete structure overcasted by steel plate is widely adopted in hydraulic and hydroelectric engineering. If the concrete is poorly poured there will be come-away defect between the steel plate and concrete, which threats the running safety of the project for severity. People have been long attempting to use x-ray,γ-ray and ultrasonic to make detection, but without any effect. At present, it can only use the relatively primitive mallet-striking way to examine the structure. But it often cause unwanted damage to the steel structure out of misjudgement. Whereas, this dissertation proposes to apply Fast Neutron Scattering to detect the cavity defects without any damage so as to resolve this difficult engineering problem, and hence the following research is made:
a) Find out the moderation difference of fast neutrons inside the complex interface through the mechanism study of between fast neutrons and steel plate and also fast neutrons and concrete.
b) On the basis of abundant laboratory simulation demarcate experiments, determine the spatial configuration of the cavity defect in complex interface, and along with the relation between thermal neutrons density (counting rate) and distribution
c) Contrast analysis after defect division and partition realizes digitization image-display of the come-away examination result.
d) Take the 4~(th) volute in Tianshengqiao 1~(st) Grade Power Station as example, validate the feasibility of digitization image-display as well as neutron non-damage detection of come-away defect inside the steel plate & concrete complex interface in practical application.
引文
[1]机械工程学会无损检测学会.无损检测概论.机械工业出版社,1993.12
[2]罗余庆.焊缝缺陷x射线实时成像检测系统的研究[硕士学位论文].辽宁工程技术大学.2002.12
[3]郑世才.我国射线检测技术近年的发展.无损检测,2002 26(4):163-166
[4]吴媚玲.水工建筑物.清华大学出版社,1981:311-312
[5]程和森,曹更新,魏明成等.厚钢板下浇注砼内部空洞缺陷中子检测技术试验研究.南京水利科学研究院,1996
[6]李樟苏,曹更新,程和森等.同位素技术在水利工程中的应用.水利电力出版社,1990:210-215
[7]貊大卫等.中子照相.北京:原子能出版社,1996.
[8]Vontobel P,et al.Neutron Tomography Setup at SINQ:Status and First Results.PSI Scientific Report,2002.
[9]Yoneda K,et al.Neutron Computed Tomography Using the Neutron Television System.Neutron Radiography:Proc.Of the Second World Conference,Reidell Publishing Co,1986.
[10]Zanarini M,et al.Evaluation of Hydrogen Content in Metallic Samples by Neutron Computed Tomography.IEEE Trans.On Nucl Sci,Vol.42,No.4,pp.580-583,1995.
[11]Treimer W,et al.Review about Coherent and Incoherent Imaging Signals for Computed Neutron(n) Tomography.Proc.Of 16WCNDT,Canada,2004.
[12]Baechlor S,et al.Set-up of a CCD based Detection System at the NCR Beamline(PSI).STSM Report 15,2001.
[13]Takada E,et al.Neutron Radiation Distribution Sensor Using Flexible Plastic Scintillating Fiber Combined with the Time-of Flight Technique.IEEE Trans.On Nucl Sci.,Vol.42,No.4,pp.570-576,1995.
[14]张伟.中子数字成像的图像处理技术研究[硕士学位论文].重庆大学.2006.4
[15]刘圣康.中子水分计.原子能出版社.1992.10
[16]苏鲁平.水工隧洞水泥灌浆的若干问题.人民长江,2001.1
[17]武福学,金彦兆.中子仪在冻上水分观测中的应用.核农学通报,1991,12
[18]唐彬.图像处理技术在中子照相中的应用研究.核动力工程,2002.8
[19]唐彬.影响中子射线照相性能的主要因素.核电子学与探测技术,2004.1
[20]郑世才.中子射线照相检验技术.无损检测,2000.8.
[21]安福林.高灵敏度中子照相闪烁屏.核电子学与探测技术.1997.
[22]钟紫辉.中子辐射照相术 广东科技.1996.
[23]裴宇阳,唐国有,郭之虞.中子照相技术及其应用.新技术应用,二00四年第五期.
[24]叶春堂,刘蕴韬.中子散射技术及其应用.前沿进展,二00六年第十一期.
[25]陈希军.中子慢化法测拌和土水分含量[硕士学位论文].东北师范大学.2004.4
[26]刘圣康,丁小平,张邦英,等.中子计测粉煤水分的理论计算.同位素,2005.8
[27]程和森,王守家,曹更新,等.中子法无损检测水力发电站转轮室钢衬混凝土脱空缺陷,同位素,2003.10
[28]程和森,曹更新,魏明成,等.钢板下浇注砼空洞缺陷中子探查新方法.水利水运科学研究,1999,3
[29]程和森,曹更新,魏明成,等.利用中子技术无损检测小浪底水利枢纽工程引水发电洞压力钢管脱空报告,南京:南京水利科学研究院水工研究所,水利部基本建设工程质量检测中心,1998.
[30]程和森,曹更新,魏明成,等.中子方法检侧万家寨水利枢纽工程大坝排沙孔钢管周围混凝土脱空,南京:南京水利科学研究院水工研究所,水利部基本建设工程质量检测中心,1999.
[31]程和森,曹更新,魏明成,等.中子方法检侧天生桥一级水电站机组蜗壳和压力钢管周边混凝土脱空.南京:南京水利科学研究院水工研究所,水利部基本建设工程质量检侧中心,1999.
[32]崔世举,陈希军,李明非.中子法测量沥青含量,物理实验,第23卷第8期
[33]程和森,曹更新,孙汝建.用中子法测量喷射砼厚度,水利水运科学研究,1995.9.
[34]程和森,曹更新,孙妆建.喷射混凝土中子法无损快速测厚技术研究总结报告.南京,南京水利科学研究.1993.
[35]程和森,曹更新,魏明成.利用中子测厚仪无损快速检测甘肃省引大入秦工程涵洞喷硷厚度.南京:南京水利科学研究院,1991.
[36]曹更新等.表面型核子水分—密度计的研制及其应用.水利水运科学研究,1991(2).
[37]葛良全,赖万昌,林延昌,等.天然中子源中子测水技术的初步研究,核电子学与探测技术,2004,1.
[38]刘圣康,中子物理.北京:原子能出版社,1986.
[39]贾纯波,水轮机蜗壳接触灌浆工艺,水利水电技术,1993(3).
[40]中华人民共和国行业标准.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范SL62-94.北京:水利电力出版社,1994.
[41]中华人民共和国电力行业标准.水工隧洞预应力混凝土衬砌锚束施工导则DL/T5083-1998.北京:中国电力出版社,1998.
[42]桂预风,陶剑峰.数字图像中值滤波改进算法研究,武汉理工大学学报(交通科学与工程),2004,2.
[43]夏德深,傅德胜.现代图像处理技术与应用.南京:东南大学出版社,1997.41-66
[44]孙宏琦,施维颖,巨永锋.利用中值滤波进行图像处理.长安大学学报,2003,23(2):104-106
[45]章毓晋.图像处理处理和分析.北京:清华大学出版社,1999.72-98
[46]周熠,蒋天发.图像数字水印技术.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2003,27(5):711-714
[47]Surfer 7 Help[CP],(C) 1999,Golden Software,Inc
[48]任印国,魏永强,使用Surfer软件绘制地质图件和处理地质数据的方法.测绘技术装备,2006(1).
[49]黄军维,彭磊,刘严松,等.基于Surfer生成区域噪声污染图的方法.噪声与振动控制,2007,4.
[50]王利,李荣祖,程少荣,等.彭水水电站基础灌浆关键技术问题研究.人民长江,2006,1.
[51]孙中任,赵东亮.利用Surfer实现剖面平面图绘制.物探与化探,2006,4.
[52]崔士举,沥青、土壤水分含量测试仪控制系统的研究及软件编制[硕士学位论文].东北师范大学,2003,5.
[53]唐修生.超声波探测混凝土损伤和内部缺陷研究[硕士学位论文].南京水利科学研究院,2004,5.
[54]张志勇.基于驻波率原理的土壤水分测量方法的研究[硕士学位论文].山西农业大学,2005,6.
[55]陈欢欢,李星,丁文秀.Surfer8.0等值线绘制中的十二种插值方法.工程地球物理学报,2007,2.
[2]罗余庆.焊缝缺陷x射线实时成像检测系统的研究[硕士学位论文].辽宁工程技术大学.2002.12
[3]郑世才.我国射线检测技术近年的发展.无损检测,2002 26(4):163-166
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[12]Baechlor S,et al.Set-up of a CCD based Detection System at the NCR Beamline(PSI).STSM Report 15,2001.
[13]Takada E,et al.Neutron Radiation Distribution Sensor Using Flexible Plastic Scintillating Fiber Combined with the Time-of Flight Technique.IEEE Trans.On Nucl Sci.,Vol.42,No.4,pp.570-576,1995.
[14]张伟.中子数字成像的图像处理技术研究[硕士学位论文].重庆大学.2006.4
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[48]任印国,魏永强,使用Surfer软件绘制地质图件和处理地质数据的方法.测绘技术装备,2006(1).
[49]黄军维,彭磊,刘严松,等.基于Surfer生成区域噪声污染图的方法.噪声与振动控制,2007,4.
[50]王利,李荣祖,程少荣,等.彭水水电站基础灌浆关键技术问题研究.人民长江,2006,1.
[51]孙中任,赵东亮.利用Surfer实现剖面平面图绘制.物探与化探,2006,4.
[52]崔士举,沥青、土壤水分含量测试仪控制系统的研究及软件编制[硕士学位论文].东北师范大学,2003,5.
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[54]张志勇.基于驻波率原理的土壤水分测量方法的研究[硕士学位论文].山西农业大学,2005,6.
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