基于X射线数字成像法的工程竹结构内部缺陷与金属件检测研究

文/ 上海市建筑科学研究院有限公司，上海市工程结构安全重点实验室上海市自然科学基金(20ZR1448300)；上海市住建委科研项目(沪建科2021-002-016)  张辉,王明谦,许清风,陈溪,冷予冰,陈玲珠

1  试验概况

?? 试件设计 

设计并制作4个工程竹试件，各试件几何尺寸如图1所示。

a  试件J1

b  试件J2

d  试件C2

图1  试件几何尺寸

?? 试验方法

X射线数字成像法检测工程竹结构缺陷原理如图2所示，具体检测步骤如下：①平板探测器就位，并将其置于工程竹试件一侧，紧贴试件表面; ②X射线机就位，并将其置于试件的另一侧; ③将X射线机与中央控制器相连; ④根据事先试验确定的数值，通过中央控制器设置电压、电流、曝光时间及X射线机延迟开启时间; ⑤现场所有检测人员退至安全距离以外; ⑥开始检测，X射线机发射X射线，X射线穿过试件在平板探测器上实时成像; ⑦通过平板探测器与工业计算机之间的无线云数据传输，实现工业计算机远程实时图像采集; ⑧对采集的图像进行归一化灰度值分析，并给出检测结果。

图2  X射线数字成像法检测原理

2  检测结果

X射线数字成像法检测结果如图3~6所示。

a  截面长度方向数字成像

b  截面长度方向灰度曲线

c  截面宽度方向数字成像

d  截面宽度方向灰度曲线

图3  试件J1检测结果

a  截面长度方向数字成像

b  截面长度方向灰度曲线

c  截面宽度方向数字成像

d  截面宽度方向灰度曲线

图4  试件C1检测结果

a  截面长度方向数字成像

b  截面长度方向灰度曲线

图5  试件J2检测结果

a  截面长度方向数字成像

b  截面长度方向灰度曲线

图6  试件C2检测结果

为进一步验证X射线数字成像法检测工程竹试件内部缺陷和自攻螺钉的精度，对试件内部缺陷和自攻螺钉参数设定值与X射线数字成像法检测值进行对比，结果如表1所示。

对工程竹试件自攻螺钉钻入角度设定值与检测值进行对比，结果如表2所示。

由检测结果可知，①胶合竹缺陷区域归一化灰度值接近1. 0，完好区域归一化灰度值基本＜0. 45。重组竹缺陷区域归一化灰度值接近1. 0，完好区域归一化灰度值基本＜0. 60。胶合竹、重组竹内部缺陷区域和完好区域分界面基本可确定。②胶合竹和重组竹试件自攻螺钉归一化灰度值基本＜0. 20，这与无自攻螺钉区域的归一化灰度值存在明显差异，且该差异不随自攻螺钉直径变化; 归一化灰度值＜0. 20的区域沿x轴的宽度随自攻螺钉直径的增加而增加。③X射线数字成像法对工程竹试件内部缺陷和自攻螺钉参数检测误差绝对值平均值为6. 5%，最大误差绝对值为17. 6%，符合工程检测精度要求。

3 结语

本文研究成果可为工程竹结构内部缺陷和金属连接件施工质量检测提供技术支撑。本研究中工程竹试件内部缺陷为预先设置的空洞，后续需进行腐朽和虫蛀等缺陷的X射线数字成像法检测研究，进一步明确X射线数字成像法对工程竹结构缺陷检测的有效性和可靠性。