超声探测混凝土缺陷的概率判断法辨析.pdf

2 0 1 1年 第 2 期 (总 第 2 5 6 期 ) Nu mb e r2 i n 2 01 l ( To t a 1 No 2 5 6) 混 凝 土 Con c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 2 0 0 3 超声探测混凝土缺陷的概率判断法辨析 王五 平。宋人心 ，傅翔 ( 南京水利科 学研究 院，江苏 南京 2 1 0 0 2 9 ) 摘要 ： 超声探测混凝 土缺陷的概率判断法已写入多部 规范。由于规范编写 者理解 的差异 ， 各规范对概率法判断缺陷的表述各异 ， 存在 一 些不足甚至错误。 对各规范概率法判断缺陷的条文进行分析， 并提n j 商榷意见， 最后提出了概率法的完整表述。 关键词 ： 超声波；混凝土 ；缺陷 ；慨率法 中图分类号： T U5 2 8 0 1 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 2 - 0 0 0 7 一 O 3 Cr i t i c a l a na l ys i s of pr oba bi l i t y m e t hod on ult r os on i c de t e c t i on o f de f e c t s i n c onc r e t e W A N G W u - pi n g S ONG Re n x i n F U Xi a n g ( Na n j i n g H y d r a u l i c Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Na n j i n g 2 1 0 0 2 9 ， C h i n a ) Abs t r a ct ： Th e p r o b a b i l i t y me t h o d h a s b e e n i n c o r p o r a t e d i n t o ma n y t e c h n i c a l s p e c i fic a t i o n s Th i s me t h o d wa s c o mp r e h e n d e d d i f f e r e nt l y b y t h e c o mp i l e r s a n d s h o we d a g r e a t d i v e r s i t y i n t h e s e s p e c i fic a t ion s Th e r e a r e s o me d e fic i e n c i e s a n d e v e n mi s t a k e s i n t he c l a u s e s o f p r o b a b i l i ty me t h o d S o me c o mme n t s a n d s u g g e s t i o n s a r e ma d e o n t he c l a u s e s F i n a l l y， a c o mp r e h e ns i v e e x pr e s s i o n o f p r o b a b i l i ty me t h o d i s p r o po s e d Ke y wor ds： u l t r a s o n i c； c o n c r e t e ： d e f c t ： p r o b a bi l i t y me t h o d 1 概 率法的原理及计算方 法 1 1 概 率 法原理 概率法由南京水利科学研究院罗骐先教授于 1 9 6 5年提 出 1 1 ， 在南京长江大桥 、 葛洲坝水电站等 程混凝土内部缺陷 超声探测中应用 ， 取得成功_2 _ ， 其后经过多年试验 、 改进并公开 发表 。 目前 已作为判断混凝土缺陷存在 的基本方法写入多部 规范 中。 概 率法 的基本构想如下 ： ( 1 ) 正 常混凝土质 量的波动是偶 然误差所 引起 ， 是不 可避 免的 ， 也是 允 许的 ， 它 的分布符合正态分 布 。 同时粗略认为 ， 正 常混凝 土其声学 参数 ( 可 以是声速 、 振幅或主频 ， 本研 究仅以声 速为例) 也符合正态分布。 ( 2 ) 结构 内缺陷是 由生产过程中产生的过失误差 ( 漏振 、 漏 浆 、 架空等) 引起。它的分布不符合正态分布。 ( 3 ) 如何 区别判断某些低测 值点 是偶然误 差还足过失误 差 所 引起 ， 也 就是说要定 出一个是否 是缺陷 的临界值 ： 凡低于 临 界值就认定为异常点 。 临界值足指一个测点在正常波动情况下， 可能 现的最低 值( 本研究仅涉及单个测点临界值的计算 ， 由于篇幅所限， 未涉 及相邻点临界值的判断 ) 。 若测点总数为 ， 概率法把正态分 布 中当概率为P = I N时所对应的测值作为临界值 。 把 l 定为是否为缺陷界限的啜因为： 如果某个低测篮是 由 正常的质量波动引起 ， 那么它出现的概率应当大于或等于 1 N。 如 果这个低测值小于 则它出现 的概率必低于 1 N。 概率低于 1 N 的含义是： 在正常波动情况下， 这样的点一个也不允许出现 ， 现 在出现了 ， 则认为 该点测值 的低下 已不是偶然 误差 的正常波动 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 9 1 0 所引起 ， 而是过失误差所引起 ， 应属于异常测点 。 1 2 概率法计算方法 先计算参 与统计 的声速平均值 和标准差 s 陀 i =1 一 ，一 ( 1 ) 式中 ： ) i 第 i 点 的声速 ； n 参与统计的测点数( 并非测点总数 ) 。 定义分位数 a = ( J m - ) ) s ， 则相应于概率 P = I N的临界值 口 L 为 L = ( 2) 式中： 相应于概率 P =- I N的分位数。 通过查正态分布表或计算得到。 图 1 为标 准正态分 布图 ， 相应于 临界值 ( 与 对应 ) 的 阴影 面积就是所有低于 的测值m现 的概率 P =- I N 。 ， | ， ， | p = N ， kn 0 图 1 标准正态分布 图 采用概率法计算及判 断缺陷应注意 以下 3 点 ： ( 1 ) 测点总数 是用于汁算或查表以获得分位数 的； 参 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 与统计的测点数 n是用于计算反映抽样母体正常波动水平的 平均值和标准差的， 不应包括异常点。 ( 2 ) 临界值的计算是 以正常混凝土的波动离散水平作为基 础， 因此参加统计的测点都应是正常波动的值 ， 异常点不应该 参加统计计算 和 否则离散度增高( s 增大、 变小 ) ， 造成 漏判 。为此 ， 计算 中需要剔除异常点 。 ( 3 ) 因为预先并不知 道哪些测值是 异常点 ， 所 以采 用试算 的办法。 首先对明显的可疑值予以剔除， 得到一试算的临界值 ( 有的规范称异常判断值) 。 然后进行判断、 取舍数据并反复计 算， 最后才能得到正式的 。 2 现行规 范中概 率法判 断缺 陷辨析 涉及到概率法判断混凝土缺陷的规范有 C E C S 2 1 ： 2 0 0 0 ( 超 声法检测混凝土缺陷技术规程 、 J G J 1 0 6 - - 2 0 0 3 ( 建筑基桩检测技 术规范 、 J T J 2 7 O 一9 8 水运工程混凝土试验规程 、 D L T 5 1 5 O 一 2 0 0 1 水丁混凝土试验规程 、 S L 3 5 2 -2 0 0 6 ( 水工混凝土试验 规程 等 ， 其 中后 3部 规范 关于概 率法判 断缺 陷的 内容 相 同。 J T G T F 8 I 一0 l 一2 o 0 4 公路工程基桩动测技术规程 采用的缺 陷判断方法不是概率法 ， 是一种借用的试验数据判断粗大误差 的初 略方法 。 上述各规程对概率法判断缺陷的表述存在一些问题。 首先， 各规程都是用参与统计的测点数 n来查表获得 k ( 即 A) 的， 这是 错误的， 应当是用测点总数 其他方面问题分别予以辨析如下。 为方便叙述及比较， 以下引用各规范的内容时， 对其中的 变量作了统一 。 2 1 超 声法检测混凝土缺陷技术规程 以声速为例， 规程 6 3 2条规定： 将声速由大至小按顺序排 列， 即 ， - - ， 将排在后面明显小的数据视为 可疑 ， 再将这些可疑数据 中最大的一个 ( 假定 ) 连同前面 的数 据按式( 1 ) 和( 2 ) 计算异常情况的判断值 。 将 与可疑数据的 最大值 。 相比较 ， 当 不大于 时， 则 及排列于其后的各数 据均为异常值， 并且去掉 再用 一 。 进行计算和判别 ， 直至 判不出异常值为止； 当 大于 时， 应再将 。 放进去重新进行 计算和判别。 上述条文中以下两点值得商榷： ( 1 ) 规范提到将排在后面明显小的数据视为可疑， 但又将 可疑数据中最大一个参与统计 ， 语言上有矛盾， 似宜改成“ 将 及其后面数据视为可疑， 再对 。一 进行统计计算” 。 ( 2 ) 当 大于 时， 规范提到“ 将 放进去重新进行计算 和判别” ， 但放进去以后对计算结果如何判别， 何时终止 ， 规范 未提 。 2 2 建筑基桩检测技术规范 规范 l 0 4 2 条规定 ： 将同一检测剖面各测点的声速值 由大 至 U 小依次排序 ， 即 l 2 ) i 卜 k l ( = 0 ， 1 ， 2 ， ) 。 对从零开始逐一去掉 序列中最小数值后余下的数据进行统 计计算。 当去掉最小数值的数据个数为 k时， 对包括 在内的 余下数据 计算异常判断值 。 将 与 行比较， 当 肘， 及其以后的数据均为异常， 去掉 及其以后的异常数据； 再用数据 一 。 并重复计算， 直到3 序列中余下的全部数据满 足 ， 此时吐为声速 临界值 。 上述条文中以下两点值得商榷： ( 1 ) 如果可疑值 较多 ， 采取“ 对 从零 开始逐一去掉 序列中 R 最小数值后以余下的数据进行统计计算” 的方法 ， 则 s 增大、 变小 ， 容 易造成漏判 。 如能改成舍弃明显异常的 k个数据后进行 计算 ， 可避免这一 问题 。 ( 2 ) 因为是以逐一去掉 序列中最小数值后以余下的数据 进行统计计算， 所以开始计算时 ( ： o ， 1 ， 2 ， ) 小于 ， 一旦 大于 0 认为” 以后的数据为异常数据。 如果舍弃明显异 常的k个数据后进行计算， 则还需要考虑当V n - k 大于 时， 对计 算结果如何判别。 2 3水 工混凝 土试验 规程 以声速为例 ， 规程 7 6 4条规定 ： 将声速按大小次序排列 。 即 v v z v 3 2 v 。 l m ， 将排在后面且 明显小的某 些测值( 例如 。 、 U n + 2 、 ) 视为可疑值予以舍弃， 把 及其以上 各值参加统计， 按式( 1 ) 和( 2 ) 计算 把 与测值序列中各值 相比较， 若 。 ， 则判 。 及其以下各测值为异常值， 计 算结束。 若 V n ， 则把 也舍弃， 以其余各测值参加统 计 ， 按式( 1 ) 和( 2 ) 重新计算 并判断 ： 若 V n ， V n _ I V L ， 则判 及其以下各测值为异常值， 计算结束 ； 若 。 ， 则再舍弃 ， 重新计算与判断， 直至舍弃某值而其上一值大于 为止， 并判该 值及其以下各值为异常值。 上述条文中以下四点值得商榷： ( 1 ) 由于舍入误差， 经常会出现多个测点的声时测值相等， 计算得到的声速也相等。声速值按大小排列时， 宜采用“ ” 而 不是 “ ” 。 ( 2 ) 开始时 ， 舍弃 。 及其以后测值， 对 。 进行统计计 算 ， 得到的只是试算 的临界值 而不是临界值 。 ( 3 ) 对 一 进行统计计算得到 ， 与 比较是合适的， 但 由于 。 未参与统计， 将其与v t E 较似不合适。 ( 4 ) 对 。 进行计算判别后舍弃 再对 。 。 进行统计 计算得到” ， 并再次将 与v t E 较 ， 似嫌重复 。 2 4 公路 工程 基桩 动测技 术规 程 规程附录 B规定： 将同一根桩混凝土的各测点声速值按大 小排列 ， 即 v t v 2 v 3 l ， 将排在后面明显小的数 据视为可疑值， 如果 。 等测值可疑， 先予以剔除， 然 后以 及其以前点计算声速平均值 V m x 标准差 及声速l 临界值 。此时， 若 ， 而U n + l ， 则表明计算的 m 、 s 为符合正态分布 的正常混凝土平均声速及标准差值； 若 ， 说明 也是缺陷 点声 速 ， 不应参加统计而应予以剔 除 ， 再 以 。 及其 以上点统计 计算新的 m 、 s 及 钆， 再作判断， 而后依次类推， 直至计算出符合 正态分布的正常混凝土平均声速、 标准差值。 上述条文中以下五点值得商榷 ： ( 1 ) 对超声波测 桩而言 ， 由于各个声测剖 面的测距 可能不 一 样 ， 用概率法统计 时应 以一个声测剖面而不是一根桩作为统 计样本。 ( 2 ) 同 2 3中的( 1 ) 。 ( 3 ) 若 ， ， 不是看 。 是 否小于 ， 而应将 纳入统计 数据， 对 V ， 及其以前点进行统计分析。 ( 4 ) 若 ， 则应剔除 再以1 ) n - I ( 不是 。 ) 及其以前点统 计计算。 ( 5 ) 对一组声速值而言， 临界值 应是唯一的， 数据筛选过 程中得到的应该是试算的临界值 ， 临界值 。 等于最后计算得 到 的 。 另外 公路工程基桩动测技术规程 按式( 3 ) 计算声速临界值： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m V L = V m - 2 S ( 3) 与式( 2 ) 相 比， A = 2 ， 不再 随抽样数 ( 测 点总数 ) 而变化。 根据 正态分布， 以平均值减 2倍标准差作为判断有无缺陷的临界值 ， 则大于临界值出现的概率为 9 7 7 ， 小于临界值出现的概率为 2 3 。 以平均值减 2倍标准差作为判断缺陷标准， 从概率统计上 看根据似乎不足 。 3 概率法的完整表述 最后 ， 将 概率 法判断 混凝 土缺 陷的方 法完 整地 表述 如下 ( 图 2为流程图 ) ： 图 2概率法判断缺 陷流程 图 将测值按大小次序排列， 即 l 2 3 v 一 l 口 - - ， 将 排在后面明显小的数据视为可疑 ， 例如 - - ， 先予舍弃， 以剩 下的其他数据按 式( 1 ) 和( 2 ) 进行计算 ， 得到一试算的临界值 。 这 时可能出现两种情况 ： 上接第 6页 ma t i o n a n d c r a c k g r o wt h i n c o n c r e t e b y me a n s o f fra c t u r e me c h a n i c s a n d f i n i t e e l e me n 棚 C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 7 6 ( 6 ) ： 7 7 3 - 7 8 2 2 J E N Q Y S ， S HA H S P T w o p a r a m e t e r f r a c t u r e m o d e l f o r c o n c r e t e l J 1d o u r h a l E n g i n e e ri n g Me c h a n i c a l ， A S C E， 1 9 8 5， 1 1 1 ( 1 0 ) ： 1 2 2 7 1 2 4 1 f 3 RE F A I T M E， S WA R T Z S E F r a c t u r e b e h a v i o r o f c o n c r e t e b e a ms i n t h r e e - p o i n t b e n d i n g c o n s i d e ri n g t h e i n fl u e n c e o f s i z e e f f e c t s R K a n s a s S t a t e Un i v e r s i t y ： En g i n e e rin g Ex p e rime n t s S t a t i o n， 1 9 8 7： 1 9 0 4 B R U HWI L ER E， WI T T MA NN F H T h e w e d g e s p l i t t i n g t e s t ， a n e w me t h o d o f p e r f o r mi n g s t a b l e fr a c t u r e m e c h a n i c s t e s t s f J 1 E n g i n e e r i n g F r a c t u r e Me c h a n i c s ， 1 9 9 0 ， 3 5 ( 1 2 3 ) ： 1 1 7 1 2 9 5 K AR I HA L O O B L ， N A L L A T H AMB 1 P E ff e c t i v e c r a c k m o d e l fo r t h e d e t e r mi n a t i o n o f f r a c t u r e t o u g h n e s s o f e o n c r e t e E n g i n e e r i n g F r a c t u r e Me c h a n i c s ， 1 9 9 0， 3 5 ( 4 5 ) ： 6 3 7 6 4 5 6 邓爱民， 王向东， 朱为玄， 等 混凝土 K判据及 K I C计算公式的讨论I J 】 机械强度 ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 增T U ) ： 1 8 8 一 I 9 1 7 XU S ， R E I N HA R D T H W D e t e r m i n a t i o n o f d o u b l e K c r i t e ri o n for c r a c k p r o p a g a t i o n i n q u a s i b r i t t l e f r a c t u r e， p a r t I I ： An a l y t i c a l e v a l u a t i n g a n d p r a c t i c a l me a s u r i n g me t h o d s for t h r e e - p o i n t b e n d i n g n o t c h e d b e a m s f J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f F r a c t u r e ， 1 9 9 9 ， 9 8 ( 2 ) ： 1 5 1 1 7 7 8 XU S h i l a n g ， R E I N H A RD T H W D e t e r m i n a t i o n o f d o u b l e K c r i t e r i 0 n f o r c r a c k p r o p a g a t i o n i n q u a s i - b r i t t l e ma t e r i a l s ， p a rt I l l ： c o mp a c t t e n s i o n s p e c i m e n s a n d w e d g e s p l i t t i n g s p e c i me n s J j I n t e r n a t i o n al J o u r n a l o f F r a c t u r e ， 1 9 9 9， 9 8： 1 7 3 1 9 3 【 9 】徐世煨 昆 凝土双 K断裂参数计算理论及规范化测试方法 J 】 _三峡 ( 1 ) 若 Y n V ， 则将 也舍掉 ， 以其余的数据重新进行统计 计算 、 判断 ， 以此类推， 直到剩余数据中最小的一个大于或等于 为止， 则将此试算的临界值定为正式临界值 剩余数据中最 小值 以后 的数据可判为异常点。 ( 2 ) 若 V ， 则将 也纳入统计数据中， 将其以后的数 据舍弃， 重新进行统计计算 、 判断， 以此类推 ， 直到最后纳入的 数据小于 为止， 则将此试算的临界值定为正式临界值 最后 纳入的数据及其以后的数据可判为异常点。 参考文献 ： 1 罗骐先， 周洪心 应用超声法检查混凝土建筑物质量的初步总结 R 南京水利科学研究院 ， 1 9 6 5 2 大坝混凝土无损检测组葛洲坝水利枢纽大坝混凝土超声检测 R 葛 洲坝建设 ， 1 9 8 0 【 3 罗骐先j 昆 凝士的超声检验I J 】 水利水运科学研究， 1 9 8 0 ( 3 ) ： 6 4 7 5 4 罗骐先 应用统计方法以多种声学参数判断混凝土内部缺陷和裂缝 四川建筑 ， 1 9 8 4 ( 2 ) 5 罗骐 先 水工建筑物 混凝土的超声检 测 M E 京 ： 水利水 电出版社 ， 1 9 8 6 6 】罗骐先， 宋人心， 傅翔根据超声波探测结果判断混凝土内部缺陷的 方法 水利水 电技术 ， 1 9 8 8 ( 2 ) ： 1 4 1 7 7 蒋元驹 ， 韩素芳j 昆 凝土工程病害与修补加固【 M _ E 京： 海洋出版社， 1 9 9 6 8 L O U Q X U l t r a s o n i c p u l s e m e t h o d for d e t e c t i n g i n t e r n a l d e f e c t s a n d c r a c k s i n c o n c r e t e s t r u c t u r e s J N o n D e s t r u c t i v e T e s t i n g i n C i v i l E n g i - n e e ri n g ， 1 9 9 3 ( 2 ) 9 罗骐先， 王五平 桩基工程检测手册( 第三版) M 】 北京： 人民交通出 版 社 ， 2 0 1 0 作者简介 单位地址 联 系电话 王五平 ( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 教 授级 高级工程 师 ， 从事混凝土无损 检测和工程 C T的研究及应用。 江苏省南京市广州路 2 2 3号 南京水利科学研究院( 2 1 o 0 2 9 ) 0 2 5 -8 58 2 9 6 3 l 大学学报 ， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 2 - 7 1 0 徐世煨 ， 卜 丹， 张秀芳不同尺寸楔入式紧凑拉伸试件双 K断裂参数 的试验测定 J 1 土木工程学报， 2 0 0 8 ， 4 1 ( 2 ) ： 7 0 7 6 1 1 黄闽莉， 王向东， 曹亮 支承形式对楔入劈拉试件断裂韧度 K I C的影 响lJ J 河海大学学报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 4 ) ： 4 3 5 4 3 9 1 2 吴智敏， 徐世煨， 刘佳毅 光弹贴片法研究混凝土裂缝扩展过程及双 K断裂参数 的尺寸效应f J 1 水 力学报 ， 2 0 0 1 ( 4 )： 3 4 3 9 1 3 吴智敏 ， 杨树桐 ， 郑建军 混 凝土等效断裂韧度的解析方法 及其尺寸 效应I J J _水利学报， 2 0 0 6 ， 3 7 ( 7 ) ： 7 9 5 8 0 0 1 4 WU z ， Y A NG S， H U X， Z HE N G J - A n a n a l y t i c a l mo d e l t o p r e d i c t t h e e f f e c t i v e f r a c t u r e t o u g h n e s s o f c o n c r e t e f o r t h r e e p o i n t b e n d i n g n o t c h e d b e a m s J E n g i n e e ri n g F r a c t u r e Me c h a n i c s ， 2 0 0 6 ， 7 3 ( 1 5 ) ： 2 1 6 6 2 1 9 1 1 5 D L T 5 3 3 2 -2 0 0 5 ， 水IS g 凝土断裂试验规程 s 北京： 中国电力出版 社 ， 2 0 0 6 1 6 林辰 ， 金贤玉 影响混凝土断裂性能若干因素的试验研究 J 1 混凝土 与水泥制品 ， 2 0 0 4 ， 1 0 ( 5 ) ： 7 - 9 1 7 田傲霜， 贾艳东 ， 刘红艳， 等 不同类型混凝土受环境影响后断裂性 能 的研究 J 1 武 汉理工大 学学报 ， 2 0 0 8 ， 3 2 ( 2 ) ： 3 1 3 3 1 5 1 8 秦明慧 碾压混凝土与普通混凝土异同探讨【 J J 红水河， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 1 ) ： 5 4 -5 7 作者简介： 田傲霜( 1 9 7 5 一 ) ， 女， 讲师， 硕士， 主要从事混凝土断裂研究。 单位地址 ： 辽宁工业大学土木建筑工程学院办公室( 1 2 1 0 0 1 ) 联 系电话 ： l 3 5 9 1 2 8 7 6 8 9 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m