52监测网，监测专家报告分享第52期，报告来源，朱尚清教授在检师学社公众号发布的《台湾南方澳跨港大桥垮塌的启示》文章
 52监测网专家报告分享-第56期 台湾南方澳跨港大桥垮塌的启示 朱尚清 北京市政路桥管理养护集团有限公司瑞通十九处总经理助理 编前语 以下文章来源于检师学社，检师学社（微信号：jianshixueshe）为检测工程师提供基础设施养护管理相关的先进理念、知识、技术、软件以及检测设备等信息，为推动行业科技进步贡献力量。
检师学社活动 前几天检师学社公众号发了一个小倡议，探讨基层检测团队能否联合起来，共同申请检测资质，进而形成一种共同拥有、共同治理和共同享有的新型组织的可行性。大家纷纷响应，为此检师学社已经编制完成了初步的策划方案近期发给大家征求系统化意见。详情请点击下方链接 专家简介 朱尚清，北京市政路桥管理养护集团有限公司瑞通十九处总经理助理，硕士，教授级高工，主要从事桥梁检测、监测以及科研项目的研究工作。参加《桥梁混凝土结构无损监测技术规范》的编写。朱尚清学术报告的题目《毫米波雷达技术在桥梁工程中的应用》。 内容简介 当全国人民在在喜迎中华人民共和国70年华诞之际，台湾宜兰南方澳跨港大桥于2019年上午9时30分突然垮塌，一时间成为公众关注的热点问题。桥梁的整体垮塌是由于第6根吊杆在靠近拱肋处首先发生断裂，导致其他吊杆内力发生了重分布，从而导致桥梁的最终垮塌。桥梁垮塌的事故调查原因还没有最终公布，但桥梁吊杆的断裂是桥梁垮塌的诱因。该桥梁设计寿命50年，桥梁在运营20年后的垮塌，笔者分析与桥梁的日常检测和维修养护有一定的关系。吊杆和拉索是索式桥梁结构的关键受力构件，其日常检测对于桥梁结构的安全运营至关重要，受本次垮塌事故的警示和启发详本文细介绍拉索需要检测的参数和方法。
南方澳跨港大桥垮塌前照片 拉索是斜拉桥结构受力的重要构件，也是桥梁检测时应重点关注的对象。斜拉索检测的主要参数包括:（1）拉索的外观损伤；（2）拉索的索力；（3）拉索体系的内部损伤，包括拉索的腐蚀、疲劳断丝、滑丝、断裂等。 1、拉索外观损伤检测方法 拉索外观检测的方法目前总体来说有两种检测方法：人工检测的方法和机器视觉的检测方法。人工检测就是通过检测人员接近拉索的检测部位，通常采用升降车作为平台对高处的拉索进行检测，这种方法检测效率低、成本较高。采用机器视觉的检测方法就是采用爬索机器人，利用爬索机器人携带的视频装置对拉索外观损伤进行检测。 如某种型号的爬索机器人（见图1）由8个主动轮组成，主动轮的上、下用弹簧连接，提供机构对拉索的夹紧力，通过调整主动轮上行走滚轮间距可方便安装于不同直径的拉索，可防止车体偏离拉索。整个机构自重15kg，电池和CCD摄像机及附加装置共重3.5kg。机器人爬升力由主动轮与拉索表面摩擦力提供，采用铝合金+橡胶复合制成，可增加与拉索表面摩擦系数。
图1爬索机器人示意图
图2爬索机器人的检测 2、拉索索力检测 运营桥梁拉索索力检测目前最常用的检测方法是采用频率法法进行检测。对于其它的检测方法如千斤顶法、磁通量法以及压力环法等方法通常施工过程中或在桥梁的健康监测中对拉索索力进行检测或监测。 利用拉索的振动频率对拉索索力进行测试目前主要采用的方法为：加速度传感器振动测试法、毫米波（微波）雷达测试法和基于光学原理的拉索振动侧是方法等。 （1）加速度传感器测试法 加速度传感器振动测试法属于接触式测量方法，测试时在拉索的相应位置安装加速度传感器，通过环境或人工激振使斜拉索开始振动，再利用相应的数据采集仪器，识别拉索的振动数据，使用相关的软件对数据进行接收、分析、处理，最后得到斜拉索的振动频率，然后再根据频率与索力的关系式反算索力，采用此种方法得到的基频具有较高的精度，但是由于其在测量基频时需要进行复杂的布线，而且往往会因现场实际测试条件的限制，传感器常常不能安装在其合适的位置，所以这也会给测量结果造成一定的误差。 （2）毫米波雷达测试法 毫米波（微波）雷达测试法属于非接触式测量方法，其测试原理是基于干涉测量技术实现斜拉桥、悬索桥和吊杆拱桥等线缆体系桥梁拉索、吊杆受力状态的一款检测设备。测量时，该产品无需在拉索或吊杆上安装任何辅助设施，离测量对象一定距离，发射微波信号，通过反射接收后的信号计算相位，通过两次发射相位差来测量拉索或吊杆的振动时程曲线，然后进行频谱分析计算拉索索力(见图3)。毫米波雷达测试索力不需要在拉索上安装测量装置，其采用非接触测量方式，在雷达视场范围内能实现多根拉索同时测量，测试效率高。
图3毫米波雷达测试索力 （3）基于光学的拉索振动测试方法 基于光学测量系统开发的拉索索力测试也属于非接触式测量方法，其测量通过视频系统能观测的范围内对在各根拉索选定明显的特征点，对特征点标定其位置通过实时动态测量多根拉索的振动，通过各根拉索振动时程曲线的频谱分析计算其振动频率，从而实现拉索索力的测试。
图4基于光学原理拉索振动测试 3、拉索体系的内部损伤 拉索体系内部的损伤检测包括拉索的腐蚀、疲劳断丝、滑丝、断裂等。拉索的内部损伤尤其是腐蚀和断丝以及拉索的断裂对索式桥梁的危害较大，有时可能会导致桥梁结构的破坏。 （1）漏磁法 漏磁检测的原理为：使用永磁体或通电线圈对一段钢丝进行励磁使之趋近磁化饱和；钢丝的磁导率远高于钢丝锈蚀物、防护材料和空气，当钢丝完好时，磁通量被约束在钢丝内部；当钢丝因局部锈蚀或断丝产生钢丝截面的突变时，附近位置将产生显著的磁场扰动，即漏磁场；漏磁场可用磁敏元件测得，进而用于钢丝损伤的判别(见图5)，通过设备沿拉索的爬升扫描，实现索体全长的检测。当测试钢绞线或拉索出现缺陷时，其检测信号会出现异常，从而根据检测信号实现对拉索损伤的定位和判别（见图6）。
图5漏磁法检测原理
图6漏磁法缺陷信号检测 （2）弱磁检测法 弱磁检测技术是基于“空间磁场矢量合成”，采用宽距、非接触式弱磁能势感应装置，通过提取已施加磁载的铁磁性材料上弱磁能势分布差异信息，完成定位、定性和定量识别钢丝绳内外部各种缺陷的电磁无损检测技术，见图7。
图7弱磁检测原理 （3）电磁涡流检测法 电磁涡流检测是以电磁感应原理为基础的，即检测线圈通以交变电流，线圈内交变电流的流动将在线圈周围产生一个交变磁场，这种磁场称为“原磁场”。把一导体置于原磁场中时，在导体内将产生感应电流，这种电流叫做涡流（涡电流），导体中的电特性（如电阻、磁导率等）变化时，将引起涡流的变化，利用涡流的变化检测工件中不连续性的方法称为涡流检测，见图8。
图8电磁涡流检测照片 （4）磁致伸缩导波检测方法 磁致伸缩导波检测原理的基础是磁致伸缩(或Joule)效应及其逆(或Villari)效应。铁磁体在外磁场中被磁化时，其外型尺寸会发生变化，即产生磁致伸缩应变，从而在铁磁体内激发应力波，这种应力波实际上是结构导波，也是一种弹性波。反过来，当铁磁中存在缺陷时其声阻将发生变化，从而引起导波的反射、透射等，进而导致铁磁体内磁感应强度发生变化，而变化的磁感应强度必定引起接收线圈中的电压变化，通过测量电压信号即可检测出铁磁体构件中是否存在腐蚀、裂纹、破损等缺陷。 根据磁致伸缩导波检测原理和信号处理要求设计的检测系统结构框如图9所示。整个检测系统由主机、激励传感器、接收传感器和前置放大器组成，通过弹性波激励和接收，实现构件的检测。利用系统实现检测的过程是：首先将激励传感器和接收传感器安装在待测构件上，待测构件可有包覆层且表面无需处理，再利用便携计算机控制信号发生单元产生特定频率正弦波信号。正弦波信号输入到门控电路，在计算机的控制下产生特定宽度和间隔的门控信号。正弦波信号在门控信号的控制下经功率放大器放大后传输到激励传感器，通过磁致伸缩效应在待测构件中产生弹性波，接收传感器利用逆磁致伸缩效应将弹性波信号转换为电信号，信号经前置放大器后进入放大滤波单元处理后通过信号采集端口进入数据采集单元，经其中的A/D转换器后进入计算机，经计算机处理后得到构件的检测结果。
图9磁致伸缩导波索杆检测系统结构框图 （5）射线检测方法 射线能够穿透可见光不能穿透的物体，而且在穿透物体的同时将和物质发生复杂的物理和化学作用，可以使原子发生电离，使某些物质发出荧光，还可以使某些物质产生光化学反应。如果工件局部区域存在缺陷，它将改变物体对射线的衰减，引起透射射线强度的变化，这样，采用一定的检测方法，比如利用胶片感光，来检测透射线强度，就可以判断工件中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小。 射线检测的优点：不损伤被检物，方便实用，可达到其他检测手段无法达到的独特检测效果，使用面宽，底片长期存档备查，便于分析事故，可以直观的显示缺陷图像等。 射线检测的缺点：对人体有副作用甚至一定伤害，对其他敏感物体有不良作用，对环境有辐射污染；显影定影液回收困难，直接排放会造成环境污染。 真是由于射线检测的缺点，拉索内部损伤在检测时往往要封闭交通，且对人体有一定的辐射，因此在实际拉索检测中应用较少。  |
2019-12-05
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