斜拉桥主要是由索塔、主梁以及斜拉索这三个部分组合而成,其中斜拉索属于索塔跟桥面主梁之间主要的联系与支撑构件。在斜拉索受到人为或自然灾害的破坏,或者经过长期使用之后,桥梁自身的结构内力会出现变化,甚至会对桥梁的使用性能和使用寿命形成严重的影响。怎样对拉索损伤加以全面的检测,使其呈现出更好的应用性能,值得人们更为积极地探索。

  斜拉索损伤的原因

  造成斜拉索损伤的原因具有一定的多样性,而拉索损伤将会给拉索桥整体的使用性能和使用寿命造成严重的影响,如图所示展示了斜拉索损伤的几种情况(分别为斜拉索PE套开裂、钢丝锈蚀、钢丝开裂以及钢丝蚀坑)。

  斜拉索设计不足

  拉索属于斜拉桥当中最为重要的一种受力构件,在进行设计的过程当中需要对其进行着重考量,不过在工程实践当中还是会因为很多因素而导致设计方面呈现出不足。例如,有些设计人员在对拉索进行设计的时候会选择一些强度较低、性能较差、防腐蚀能力低下的劣质钢材。还有就是在索管当中所设置的减震器无法符合工程建设要求,性能较差,继而造成拉索呈现出过大的振动。由于斜拉索的振动将会导致索端接头的位置出现疲劳,所以在索锚结合的位置非常容易出现疲劳裂纹,给防腐系统形成了损害,严重情况下将会造成拉索失效。

  拉索长期损伤斜

  拉桥的拉索断裂损伤一直属于行业内非常棘手的病害问题,会给拉索桥整体的使用寿命和安全性形成严重的威胁。拉索长期损伤通常可以分为两种情况:腐蚀损伤和疲劳损伤。从理论上来说,工程设计过程当中各个拉索在应力分配方面处于合理状态,不过在投入应用之后因为施工问题、材料问题等因素导致每根拉索实际承受的拉力跟理论值之间有一定的差距。所以,经常会有应力过于集中的情况,造成其中的某一根或几根拉索所承载的拉力太大。这种情况的出现就会导致拉索疲劳而断裂,在拉索出现断裂之后,剩余拉索会对所承受的内力进行重新分配,继而加速对其它拉索的损坏。拉索腐蚀主要可以分成三种:氢化断裂损伤、应力腐蚀损伤以及内部钢材腐蚀损伤。

  斜拉桥拉索损伤检测以及监测方法

  1.射线检测法

  射线检测的方法已经在人们的日常生活当中得到了十分广泛的应用,例如焊接锻造质量检测、厚度检测、车站和机场物品检测等。而射线检测法也可以被用在对拉索内部缺陷以及损伤加以检测的工作中,工程检测过程中所应用的射线通常分为两种:X射线和γ射线。其中X射线主要的检测原理为:在射线穿过拉索的时候,要是拉索的局部区域有缺陷存在,将会在一定程度上改变对射线的衰减,从而导致透射线在强度方面的变化,继而通过对头透射线强度的检测,确定拉索当中存在损伤与否,以及损伤的具体位置和大小。对这种检测方法的应用,虽然可以检测出拉索锚固区当中所有的缺陷,不过因为在图像解释方面显得比较困难,而且检测效率较低、造价较高,还会出现辐射污染之类的问题,所以并没有在拉索损伤检测工作中得到大规模的应用。

  2.磁漏检测法

  该种检测法属于无损检测技术,主要是利用对磁化斜拉索的表面所泄露出磁场的强度进行检测,确定缺陷的大小。该种检测方法主要的原理是:应用磁化器把索体磁化到饱和的状态,而拉索内部有断丝和腐蚀之类缺陷出现的位置会形成一定的漏磁场,沿着拉索轴朝磁敏感元件进行扫描,获得缺陷漏磁场的信号,从而完成对缺陷的检测。

  3.磁致伸缩导波法

  磁致伸缩效应指的主要是铁磁性材料在受到了外部磁场力的作用之下,其形状以及大小将会呈现出变化。亦或是铁磁体受到了恒定磁场的作用,在形状以及尺寸出现变化的时候,一瞬间会导致内部磁场呈现出变化的情况。利用该种检测法,传感器跟被测拉索之间不用直接接触,而且能够呈现一定的提离距离,所以能够实现对带有护套的拉索实施损伤检测工作。

  4.索力监测法

  斜拉桥当中某个拉索出现损伤,将会导致自身以及其它拉索的索力出现变化,所以能够通过对索力进行测量,从而实现对拉索的健康监测。目前,对索力进行监测的方法有很多种,例如频率法、磁通量传感器法以及压力传感器法等。拉索自振频率比较容易进行测定,而且能够呈现出较好的精度,而拉索拉力则结合弦振动理论经过计算得出,还应该考虑到拉索刚度、垂度以及边界条件对于索力计算所形成的影响。其中的磁通量传感器主要是结合材料磁导率随着应力变化所呈现的关系对索力进行计算,所以在应用之前需要得知二者之间的对应关系。

  5.声发射检测法

  该种检测技术属于被动检测技术的一种,可以对材料内部的状态进行实时反映。该种方法应用的基本原理为:在材料的内部出现损伤的情况时,将会形成瞬时弹性波,朝四周进行扩散和传播,其中的损伤部位也就是声发射的源头。声发射技术能够呈现出较好的灵敏性以及实时性特征。有相关专家对钢绞线实施拉伸试验,得到了损伤整个过程声发射的特征参数。结果表明了经过连续时间、幅值、能量以及时间相关点图等对损伤进行综合表征,不但能够实现对全过程损伤的跟踪,还能够准确找出断丝的位置,同时判断断丝信号以及非断丝信号。接下来,其对多龄期的斜拉索实施了疲劳损伤的监测试验,然后利用声发射技术对其动态损伤的过程展开了监测,获得斜拉索损伤过程相应声发射特征的各种参数,从而总结出了多龄期斜拉索所出现疲劳损伤的演化规律。

  6.模态测试法

  模态属于结构固有的特性,而结构模态参数主要包含固有频率、阻尼以及振型。模态参数属于结构刚度以及质量等相关物理参量相应的函数,在结构出现损伤的时候,结构相应的物理参量将会呈现出一定的变化,这时结构模态参数也将会随之发生改变。所以,能够通过对结构模态参数进行分析实现结构损伤的识别。

  7.布拉格光纤光栅传感器法

  该检测技术主要是利用对光栅布拉格波长进行检测,从而实现针对结构当中温度值以及应变值的绝对测量。拉索当中有损伤出现将会导致拉索应力呈现出变化,通过对光栅布拉格波长变化进行监测,可以实现对拉索状态的评定。而布拉格光纤光栅类型的传感器具备测量线性度较高、传感精度强、抗电磁干扰能力较强、体积较小以及耐高温等多种优势,非常适合用在对斜拉桥拉索进行健康监测的工作当中。

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