臺灣博碩士論文加值系統

研究之目的是研究如何將混凝土滲漏狀況以透地雷達B-scan影像圖中鋼筋反射反應之檢測訊號進行評估，本研究在GprMax2D數值模擬出內含鋼筋之混凝土於不同濕度狀態、不同鋼筋號數、不同鋼筋埋設深度以及混凝土滲漏狀態之透地雷達B-scan影像圖，並由RadExplorer程式利用雙曲線之功能，可找出其狀態下混凝土之波速、雙程走時、及深度，結果顯示由雙曲線計算的波速及深度的結果與設計值相符。在透地雷達檢測混凝土試體滲漏狀態方面，可以藉由多支鋼筋雙曲線訊號推估混凝土介電常數，並繪製檢測面上介電常數的分佈圖，明顯的看出內部滲漏的部分，因此藉由透地雷達是可以明顯找出滲漏之範圍。

The research aims to develop the technologies using GPR B-scan image of reinforcing bar to inspect the condition of leakage in concrete. In this study, the program GprMax2D numerically simulated the GPR B-scan image of reinforced concrete with different humidity state, reinforcing bar size, burial depth and concrete leakage state. The RadExplorer program uses hyperbolic function to find this state velocity, two-way travel time and depth of concrete. The velocity and the depth calculated by the hyperbolic curves are all agree with the designed ones. The distribution of dielectric constants of concrete above the steel bars can be estimate by hyperbolic signals. Drawing distribution of dielectric constant on the testing surface, the position of the internal leakage can clearly be visualized. Therefore, by GPR can clearly identify the range of the leak.

目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機及目的 2
1-3 研究規劃流程 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 透地雷達演進 3
2-2 透地雷達應用於混凝土之相關研究 3
2-3 混凝土潮濕狀態檢測與GPRMAX數值影像模擬之相關研究 4
2-3-1 地下管線之相關研究 4
2-3-2 滲漏試驗之相關研究 4
2-3-3 檢測混凝土鋼筋尺寸之相關研究 5
2-3-4混凝土含水量變化之相關研究 6
2-3-5 短脈衝雷達法估計混凝土介電常數之相關研究 7
第三章 檢測原理及儀器設備 9
3-1 透地雷達基本原理 9
3-2 電磁波之基本特性 10
3-2-1 振幅之相位變化 12
3-2-2 介質電性之影響 12
3-2-3 介電常數與波速關係 13
3-2-4 導電率(conducitivity) σ 14
3-2-5 解析度 15
3-2-5 電磁脈波的合成與訊號鑑別 16
3-3 透地雷達儀器設備 18
3-3-1 天線頻率與穿透深度關係 18
3-3-2 透地雷達參數設定 19
3-3-3 透地雷達檢測影像處理及判讀 19
第四章 數值模擬規劃與結果 20
4-1以GprMax2D進行模擬規劃 20
4-1-1建立數值模型輸入檔 20
4-1-2執行計算 21
4-1-3計算結果轉檔 22
4-1-4繪製數值影像圖 22
4-2進行數值模擬結果 22
4-2-1數值模擬不同介電常數之結果 23
4-2-2數值模擬不同鋼筋埋設深度之結果 24
4-2-3數值模擬不同鋼筋號數之結果 25
4-2-4數值模擬混凝土滲漏之結果 26
第五章 試驗規劃與結果 28
5-1混凝土滲漏狀態檢測 28
5-1-1 埋置水管的鋼筋混凝土試體 28
5-1-2 混凝土試體浸水時間 28
5-1-3 混凝土試體四種狀態之含水量 29
5-1-4 透地雷達檢測混凝土滲漏狀況試驗規劃 30
5-2透地雷達檢測結果 30
5-2-1利用透地雷達B-scan鋼筋反應檢測不同含水率之狀態 32
5-2-2利用透地雷達B-scan鋼筋反應檢測混凝土滲漏之狀態 33
第六章 結論與建議 36
6-1 以GprMax2D進行數值模擬之結論 36
6-2 透地雷達檢測之結論 38
6-3建議 40
參考文獻 41
表目錄
表2-1 保護層5.6cm鋼筋尺寸 [22] 45
表3-1 一般介質的介電常數與波速表 [30] 46
表3-2 天線頻率與一般工程應用上探測深度關係表[5][30] 47
表4-1模擬變異參數 48
表4-2 GprMax2d材料與施測參數指令 48
表4-3 不同介電常數之波速、雙程走時、及深度結果 49
表4-4 不同鋼筋之結果 49
表5-1 2.3GHz天線之GPR參數設定值 50
表5-2 不同狀態之含水量 50
表5-3 曝曬21天狀態之介電常數 51
表5-4 潮濕狀態之介電常數 52
表5-5 氣乾兩小時狀態之介電常數 53
表5-6 氣乾四小時狀態之介電常數 54
表5-7 滲漏3天狀態之介電常數 55
表5-8 滲漏10天狀態之介電常數 56
表5-9 滲漏17天狀態之介電常數 57
表5-10滲漏24天狀態之介電常數 58

圖目錄

圖1-1研究流程圖 59
圖2-1 以800MHz天線頻率於水平並列管線處上施測之結果 [20] 60
圖2-2 以500MHz天線頻率於水平並列管線處上施測之結果 [20] 60
圖2-3 將模型管內注入水18分鐘後之透地雷達結果 [21] 61
圖2-4 不同鋼筋號數之透地雷達剖面圖 [22] 61
圖2-5 不同鋼筋號數之功率反射係數圖 [22] 62
圖2-6 單一鋼筋反射波路徑圖 [22] 62
圖2-7 混凝土之直達波振幅和反射波振幅相關性 [23] 63
圖2-8 振幅與體積含水量之曲線圖 [23] 63
圖2-9 量測混凝土表面的反射波[24] 64
圖3-1 雷達原理[28] 65
圖3-2 透地雷達天線之雷達接收波之圖像[35] 66
圖3-3 波傳之反射相位變化[30] 66
圖3-4 電磁波在遭遇不同材質界面的反射示意圖[31] 67
圖3-5 FIRST FRESNAL ZONE示意圖[32] 67
圖3-6 幾何比例法之雙曲線波形圖[19] 68
圖3-7 半雙曲線之訊號顯示排筋位置(a)前視圖(b)俯視圖[33] 68
圖3-8 半雙曲線之訊號成像[30] 69
圖3-9 透地雷達檢測系統[34] 69
圖4-1不同介電常數模擬圖 70
圖4-2混凝土滲漏模擬圖 70
圖4-3數值模擬流程圖 71
圖4-4 設定零點後之模擬影像圖 72
圖4-5利用RadExplorer之雙曲線位置圖 72
圖4-6 介電常數為6之影像圖 73
圖4-7 介電常數為7.4之影像圖 73
圖4-8 介電常數為8.3之影像圖 74
圖4-10 鋼筋埋設深度為0.02m介電常數6之影像圖 75
圖4-11鋼筋埋設深度為0.02m介電常數9之影像圖 75
圖4-12 鋼筋埋設深度為0.02m介電常數6之Background Removal影像圖 76
圖4-13鋼筋埋設深度為0.02m介電常數9之Background Removal影像圖 76
圖4-14鋼筋埋設深度為0.04m之影像圖 77
圖4-16 鋼筋號數為3號鋼筋之影像圖 78
圖4-18 鋼筋號數為5號鋼筋之影像圖 79
圖4-19鋼筋號數為6號鋼筋之影像圖 79
圖4-20鋼筋號數為7號鋼筋之影像圖 80
圖4-21鋼筋號數為8號鋼筋之影像圖 80
圖4-22鋼筋號數為9號鋼筋之影像圖 81
圖4-23透地雷達影像鋼筋反射路徑圖示 81
圖4-24實際與估計介電常數比(β)與鋼筋直徑/深度比之關係圖 82
圖4-25模擬混凝土滲漏之影像圖 82
圖4-26混凝土滲漏中間之影像圖 83
圖4-27混凝土滲漏兩側之影像圖 83
圖5-1鋼筋混凝土板試體尺寸圖(cm) 84
圖5-2配置滲漏PVC管高度110cm圖 85
圖5-3鋼筋之間距圖 85
圖5-4鋼筋保護層厚度圖 86
圖5-5鋼筋與水管配置圖 86
圖5-6浸水後之試體圖 87
圖5-7試體測線方向圖 87
圖5-8潮濕狀態之雷達圖 88
圖5-9曝曬21天後之雷達圖 88
圖5-10混凝土滲漏狀態之雷達圖 89
圖5-11利用RadExplorer之雙曲線位置圖 89
圖5-12曝曬21天後之雙曲率反應雷達圖 90
圖5-13曝曬21天後下方有PVC管之雙曲率反應雷達圖 90
圖5-14潮濕狀態之雙曲率反應雷達圖 91
圖5-15氣乾2小時後之雙曲率反應雷達圖 91
圖5-16氣乾4小時後之雙曲率反應雷達圖 92
圖5-17曝曬21天之含水率分佈圖 92
圖5-18潮濕狀態之含水率分佈圖 93
圖5-19氣乾2小時之含水率分佈圖 93
圖5-20氣乾4小時之含水率分佈圖 94
圖5-21滲漏3天後第二鋼筋範圍雙曲率反應雷達圖 94
圖5-22滲漏3天後第三鋼筋範圍雙曲率反應雷達圖 95
圖5-23滲漏10天後第二鋼筋範圍雙曲率反應雷達圖 95
圖5-24滲漏10天後第三鋼筋範圍雙曲率反應雷達圖 96
圖5-25滲漏17天後第二鋼筋範圍雙曲率反應雷達圖 96
圖5-26滲漏17天後第三鋼筋範圍雙曲率反應雷達圖 97
圖5-27滲漏24天後第二鋼筋範圍雙曲率反應雷達圖 97
圖5-28滲漏24天後第三鋼筋範圍雙曲率反應雷達圖 98
圖5-29滲漏第3天之含水率分佈圖 98
圖5-30滲漏第10天之含水率分佈圖 99
圖5-31滲漏第17天之含水率分佈圖 99
圖5-32滲漏第24天之含水率分佈圖 100

參考文獻

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