桥梁结构声发射检测及监控方案

发布时间:2020-09-02 17:33 阅读次数:
摘要:桥梁往往是一个城市,一个国家的象征,她不仅承载着巨大的经济意义,更承载了巨大的政治意义及战略意义。其安全性不仅关乎经济发展,更关乎国家安全。长时间以来,人们采用了多种检测方式试图尽早发现桥梁的安全隐患,保障桥梁安全运行,但效果并不十分理想。声发射技术自上世纪七十年代进入中国以来,已得到长足的发展并积累了大量的现场应用经验。声发射技术以其独有的技术特点,为桥梁定期检测及长期在线监控提供了一种新的方法。本文分析了混凝土桥,钢架桥,悬索桥及斜拉桥各自的材料及结构特点,提出了针对不同桥梁利用声发射技术进行定期检测及进行长期在线监控的方案。

关键字:声发射,桥梁结构,检测方案,监控方案

0. 前言

桥梁是用于跨越障碍物(如河流、海峡、山谷、道路等)而使道路保持连续的人工构造物,俗称道路咽喉。随着我国经济的快速发展,作为陆上交通运输的咽喉,桥梁的建设也进入了高速发展期。截止目前,我国大约有公路桥32万余座,铁路桥5万余座,如果再算上城市桥,管道桥及水利桥,我国现有桥梁数已超过40万座。我国已成为世界桥梁大国。桥梁往往是一个城市,一个国家的象征,她不仅承载着巨大的经济意义,更承载了巨大的政治意义及战略意义。其安全性不仅关乎经济发展,更关乎国家安全。
然而与巨大的桥梁保有数量及在建数量形成鲜明对比的是,近年来我国桥梁事故的频发。据不完全统计2007年至2012年间,全国共有37座桥梁垮塌,致使182人丧生,177人受伤。如,2011年7月,北京怀柔区白河大桥被超载大货车压塌;2011年7月,福建武夷山公馆大桥北端发生垮塌事故,一辆旅游大巴车坠入桥下,造成1人死亡22人受伤;2010年1月,昆明新机场在建大桥发生坍塌致7人死亡、34人受伤;2007年8月,湖南凤凰县沱江大桥发生垮塌,事故造成64人死亡、22人受伤。就在2013年2月,河南省义昌大桥发生了因运输烟花爆竹车辆爆炸致13人死亡的重大垮塌事故。
这些桥梁事故的原因是多种多样的,大多数报道将矛头指向了车辆超载、洪水暴雨、年久失修、日常管护不到位等方面,但是桥梁自身的质量缺陷却是不容忽视的内因。如何能够尽早的发现桥梁的安全隐患成为了保障桥梁安全运行的重要手段。

1. 声发射技术简介

1.1 声发射基本原理

材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(Acoustic Emission,简称AE),有时也称为应力波发射。裂纹在应力作用下扩展时,应力波由声发射源向四周扩散,并被安装于声发射源周围的传感器捕捉到。声发射系统根据应力波到达各个传感器的时间差,对声发射源进行定位,并能够根据接收到信号的强弱对缺陷的严重程度进行评价。

1.2 声发射技术的优势

声发射检测方法在许多方面不同于其它常规无损检测方法,其优点主要表现为:
1) 声发射是一种动态检验方法,声发射探测到的能量来自被测试物体本身,而不是像超声或射线探伤方法一样由无损检测仪器提供;
2) 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感,它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况,稳定的缺陷不产生声发射信号;
3) 在一次试验过程中,声发射检验能够整体探测和评价整个结构中缺陷的状态;
4) 可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息,因而适用于工业过程在线监控及早期或临近破坏预报;
5) 由于对被检件的接近要求不高,而适于其它方法难于或不能接近环境下的检测,如高低温、核辐射、易燃、易爆及有毒等环境;
6) 对于在役压力容器的定期检验,声发射检验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要停产;
7) 对于压力容器的耐压试验,声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作压力;
8) 由于对构件的几何形状不敏感,而适于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件。

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