斜拉橋主要是由索塔、主樑以及斜拉索這三個部分組合而成,其中斜拉索屬於索塔跟橋面主樑之間主要的聯繫與支撐構件。在斜拉索受到人爲或自然災害的破壞,或者經過長期使用之後,橋樑自身的結構內力會出現變化,甚至會對橋樑的使用性能和使用壽命形成嚴重的影響。怎樣對拉索損傷加以全面的檢測,使其呈現出更好的應用性能,值得人們更爲積極地探索。

  斜拉索損傷的原因

  造成斜拉索損傷的原因具有一定的多樣性,而拉索損傷將會給拉索橋整體的使用性能和使用壽命造成嚴重的影響,如圖所示展示了斜拉索損傷的幾種情況(分別爲斜拉索PE套開裂、鋼絲鏽蝕、鋼絲開裂以及鋼絲蝕坑)。

  斜拉索設計不足

  拉索屬於斜拉橋當中最爲重要的一種受力構件,在進行設計的過程當中需要對其進行着重考量,不過在工程實踐當中還是會因爲很多因素而導致設計方面呈現出不足。例如,有些設計人員在對拉索進行設計的時候會選擇一些強度較低、性能較差、防腐蝕能力低下的劣質鋼材。還有就是在索管當中所設置的減震器無法符合工程建設要求,性能較差,繼而造成拉索呈現出過大的振動。由於斜拉索的振動將會導致索端接頭的位置出現疲勞,所以在索錨結合的位置非常容易出現疲勞裂紋,給防腐系統形成了損害,嚴重情況下將會造成拉索失效。

  拉索長期損傷斜

  拉橋的拉索斷裂損傷一直屬於行業內非常棘手的病害問題,會給拉索橋整體的使用壽命和安全性形成嚴重的威脅。拉索長期損傷通常可以分爲兩種情況:腐蝕損傷和疲勞損傷。從理論上來說,工程設計過程當中各個拉索在應力分配方面處於合理狀態,不過在投入應用之後因爲施工問題、材料問題等因素導致每根拉索實際承受的拉力跟理論值之間有一定的差距。所以,經常會有應力過於集中的情況,造成其中的某一根或幾根拉索所承載的拉力太大。這種情況的出現就會導致拉索疲勞而斷裂,在拉索出現斷裂之後,剩餘拉索會對所承受的內力進行重新分配,繼而加速對其它拉索的損壞。拉索腐蝕主要可以分成三種:氫化斷裂損傷、應力腐蝕損傷以及內部鋼材腐蝕損傷。

  斜拉橋拉索損傷檢測以及監測方法

  1.射線檢測法

  射線檢測的方法已經在人們的日常生活當中得到了十分廣泛的應用,例如焊接鍛造質量檢測、厚度檢測、車站和機場物品檢測等。而射線檢測法也可以被用在對拉索內部缺陷以及損傷加以檢測的工作中,工程檢測過程中所應用的射線通常分爲兩種:X射線和γ射線。其中X射線主要的檢測原理爲:在射線穿過拉索的時候,要是拉索的局部區域有缺陷存在,將會在一定程度上改變對射線的衰減,從而導致透射線在強度方面的變化,繼而通過對頭透射線強度的檢測,確定拉索當中存在損傷與否,以及損傷的具體位置和大小。對這種檢測方法的應用,雖然可以檢測出拉索錨固區當中所有的缺陷,不過因爲在圖像解釋方面顯得比較困難,而且檢測效率較低、造價較高,還會出現輻射污染之類的問題,所以並沒有在拉索損傷檢測工作中得到大規模的應用。

  2.磁漏檢測法

  該種檢測法屬於無損檢測技術,主要是利用對磁化斜拉索的表面所泄露出磁場的強度進行檢測,確定缺陷的大小。該種檢測方法主要的原理是:應用磁化器把索體磁化到飽和的狀態,而拉索內部有斷絲和腐蝕之類缺陷出現的位置會形成一定的漏磁場,沿着拉索軸朝磁敏感元件進行掃描,獲得缺陷漏磁場的信號,從而完成對缺陷的檢測。

  3.磁致伸縮導波法

  磁致伸縮效應指的主要是鐵磁性材料在受到了外部磁場力的作用之下,其形狀以及大小將會呈現出變化。亦或是鐵磁體受到了恆定磁場的作用,在形狀以及尺寸出現變化的時候,一瞬間會導致內部磁場呈現出變化的情況。利用該種檢測法,傳感器跟被測拉索之間不用直接接觸,而且能夠呈現一定的提離距離,所以能夠實現對帶有護套的拉索實施損傷檢測工作。

  4.索力監測法

  斜拉橋當中某個拉索出現損傷,將會導致自身以及其它拉索的索力出現變化,所以能夠通過對索力進行測量,從而實現對拉索的健康監測。目前,對索力進行監測的方法有很多種,例如頻率法、磁通量傳感器法以及壓力傳感器法等。拉索自振頻率比較容易進行測定,而且能夠呈現出較好的精度,而拉索拉力則結合弦振動理論經過計算得出,還應該考慮到拉索剛度、垂度以及邊界條件對於索力計算所形成的影響。其中的磁通量傳感器主要是結合材料磁導率隨着應力變化所呈現的關係對索力進行計算,所以在應用之前需要得知二者之間的對應關係。

  5.聲發射檢測法

  該種檢測技術屬於被動檢測技術的一種,可以對材料內部的狀態進行實時反映。該種方法應用的基本原理爲:在材料的內部出現損傷的情況時,將會形成瞬時彈性波,朝四周進行擴散和傳播,其中的損傷部位也就是聲發射的源頭。聲發射技術能夠呈現出較好的靈敏性以及實時性特徵。有相關專家對鋼絞線實施拉伸試驗,得到了損傷整個過程聲發射的特徵參數。結果表明了經過連續時間、幅值、能量以及時間相關點圖等對損傷進行綜合表徵,不但能夠實現對全過程損傷的跟蹤,還能夠準確找出斷絲的位置,同時判斷斷絲信號以及非斷絲信號。接下來,其對多齡期的斜拉索實施了疲勞損傷的監測試驗,然後利用聲發射技術對其動態損傷的過程展開了監測,獲得斜拉索損傷過程相應聲發射特徵的各種參數,從而總結出了多齡期斜拉索所出現疲勞損傷的演化規律。

  6.模態測試法

  模態屬於結構固有的特性,而結構模態參數主要包含固有頻率、阻尼以及振型。模態參數屬於結構剛度以及質量等相關物理參量相應的函數,在結構出現損傷的時候,結構相應的物理參量將會呈現出一定的變化,這時結構模態參數也將會隨之發生改變。所以,能夠通過對結構模態參數進行分析實現結構損傷的識別。

  7.布拉格光纖光柵傳感器法

  該檢測技術主要是利用對光柵布拉格波長進行檢測,從而實現針對結構當中溫度值以及應變值的絕對測量。拉索當中有損傷出現將會導致拉索應力呈現出變化,通過對光柵布拉格波長變化進行監測,可以實現對拉索狀態的評定。而布拉格光纖光柵類型的傳感器具備測量線性度較高、傳感精度強、抗電磁干擾能力較強、體積較小以及耐高溫等多種優勢,非常適合用在對斜拉橋拉索進行健康監測的工作當中。

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