超声波无损检测技术已被广泛应用于土木工程混凝土结构的缺陷检测。然而,目前大多数数据处理结果只能提供关于内部缺陷是否存在的定性信息。本文针对混凝土和钢管混凝土柱,提出了采用结合旅行时层析成像(简称Travel time tomography,TTT)和逆时偏移成像(简称 Revere time migration,RTM)的超声波高分辨率成像方法,用于定量地检测混凝土内部空洞以及钢管混凝土结构空气剥离等内部缺陷的位置、尺寸和形状等信息。采用旅行时层析成像方法获取待测结构断面内的超声波速度分布,将其作为逆时偏移成像的初始速度模型,再采用逆时偏移成像方法对待测结构内部缺陷进行成像。数值实验表明,混凝土和钢管混凝土柱内的空洞以及混凝土柱和钢管混凝土柱之间的剥离等都可以清楚地成像,同时本文可以得到缺陷的位置,大小和形状等信息。因此本文可以得出结论,提出的运用超声波对混凝土和钢管混凝土结构中的缺陷进行无损检测的这种高分辨率成像方法是有效的。本文的主要工作就是对混凝土和钢管混凝土结构中的缺陷进行成像,首先,第二章,本文介绍了声波方程的理论以及本文使用的声波方程,阐述了超声波的传播特性。接着,鉴于本文所使用的是弯曲的射线追踪方法,采用了改进的Coppens’方法从测量或模拟数据中提取时间,从而计算出非线性方程中和慢度矩阵(速度矩阵的倒数)有关的系数矩阵。需要在已知慢度模型的情况下才能计算系数矩阵。根据系数矩阵、时间矩阵,本文采用最小二乘迭代算法进行反演计算,迭代反演出混凝土模型内部结构的速度分布。接着,本文介绍了逆时偏移成像算法的步骤以及原理,最后,就本文提出的方法做个简单的说明,具体来说,本文使用旅行时层析成像得到的混凝土模型估计的速度分布作为逆时偏移成像的初始速度模型。第三章则主要介绍了基于上述逆时偏移成像算法结合旅行时层析成像算法的成像方法下建立的混凝土结构模型。主要采用了四种模式,也就是一个空洞混凝土模型,一个有空洞的钢管混凝土柱模型,第三个则是界面脱粘缺陷在核心混凝土与钢管之间的钢管混凝土柱模型。第四个为两个空洞的混凝土模型。同时本文选择压力点源用于波激励,放置在待测结构的外表面上。在数值仿真中,本文考虑了混凝土与空气缺陷之间的阻抗失配,以及混凝土与周围环境的不匹配等情况对发射源和接收源进行了布置。第四和第五章则是分别根据声波方程和弹性波方程对第三章的均质和随机模型进行了仿真,得到了比较好的数值结果。最后,本文可以得出结论:将旅行时层析成像与逆时偏移成像结合使用,即使钢管混凝土柱构件中的空气界面脱粘厚度只有10 mm,混凝土结构和钢管混凝土柱构件中嵌入的混凝土缺陷以及钢管混凝土柱构件中的混凝土柱和钢管之间的界面剥离缺陷都可以很容易地成像,同时以分辨率还能保持较高。同时,通过提出的缺陷检测的成像方法,也可以准确地确定混凝土结构中空气缺陷的位置、形状和尺寸以及钢管混凝土柱构件的混凝土芯和界面脱粘。