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郭华杰，等：
声源音色辨识技术在钢管混凝土检测中的应用
表4 不同尺寸空洞的锤击声导纳mfcc10max特征值数据统计
序号 类型 空洞直径/mm mfcc10max特征值 mfcc10max特征值均值
1 密实钢管混凝土 0 −1~−0.5 −0.72
2 侧边空洞钢管混凝土 25 −0.4~0.4 0.06
3 侧边空洞钢管混凝土 50 −0.4~0.3 0.1
4 侧边空洞钢管混凝土 70 −0.42~0.2 −0.23
图 8 侧边空洞钢管混凝土径向锤击位置示意
图 11 侧边空洞直径为 70 mm 的钢管混凝土径向锤击声
导纳特征图
现当锤击声导纳中mfcc10max特征值大于-0. 4，均
值大于-0. 23时， 锤击点位置有空洞缺陷。
4 检测应用
深圳某大型超高层塔楼，地上72层，地下4层，
采用钢管混凝土柱和钢梁构成的框筒结构体系，共
布置 44 根钢管混凝土柱，其中周边布置了 16 根钢
管混凝土外框柱，直径由下向上分别为 1. 6，1. 5，
1. 4，1. 3 m，核心筒每边布置8根直径分别为0. 8 m
图 9 侧边空洞直径为 25 mm 的钢管混凝土径向锤击声
和1. 1 m的钢筋混凝土柱。施工时每3个楼层为一
导纳特征图
个安装段，管内混凝土一次浇筑高度约为12 m，同
时采用了高抛免振捣自密实混凝土施工技术。2021
年 5 月，该大厦中上层部分发生了异常摇晃，笔者
所在单位迅速对振动进行监测和分析，并重点对钢
管混凝土的缺陷进行了检测，采集及开孔验证现场
图片如图12，13所示。检测时，用力锤击塔楼的钢
管混凝土柱，密实位置声音脆而短，其声波曲线如
图14所示；空洞位置声音相对沉闷且长，其声波曲
线如图15所示。塔楼钢管混凝土柱的锤击声导纳
中mfcc10max特征图如图 16 所示，数据统计如表 6
所示。
图 10 侧边空洞直径为 50 mm 的钢管混凝土径向锤击声
由图14，15可知，空洞位置的声波持续时间较
导纳特征图
长，约为0. 016 s，密实位置的声波持续时间较短，约
值无法识别空洞，当锤击声导纳中mfcc10max均值 为0. 008 s，后者声压幅值相对较大。由图16和表6
在-0. 5左右，可初步判断临近锤击点弧长 68 mm 可知，两种情况下的mfcc10max特征值有明显区别，
区域内可能有空洞，进一步采集信号并进行分析，发 空洞位置处的特征值较大，均值约为0. 48，大于室
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2024 年 第 46 卷 第 9 期
无损检测
