桥梁内部钢结构病害检测研究与应用

桥梁内部钢结构病害隐蔽性强、不易察觉,极易造成难以预见的结构破坏,因此如何实现内部病害的及时检测和精准诊断,成为亟待解决的重大难题.基于自发漏磁检测原理,揭示了磁场变异与钢结构损伤的相关性,然后利用此共性特征,开展桥梁内部钢结构病害无损检测研究;重点针对钢筋锈蚀、拉索腐蚀断丝和钢筋应力破坏3种桥梁内部病害,总结了笔者团队在检测方法、装置研发与应用方面取得的研究成果,对比分析了常用检测方法的技术特征,为推动桥梁无损检测技术的快速发展奠定了研究基础.     

腐蚀-疲劳荷载耦合作用下桥梁拉索高强钢丝自漏磁信号变化规律

为增强桥梁拉索高强钢丝漏磁检测的实用性,开展了腐蚀、应力单一因素作用试验与预腐蚀-疲劳-腐蚀、预疲劳-腐蚀-疲劳三阶段交互作用试验,阐述了腐蚀-疲劳耦合作用对自漏磁信号的影响机制。研究结果表明：腐蚀区域的自漏磁信号极值随腐蚀时间的增加而增加,且变化特征越发明显,腐蚀缺陷引起的异常自漏磁信号最大变化可达50 000 nT;随着疲劳加载循环次数的增加,无锈蚀高强钢丝自漏磁信号整体呈现先增加后稳定的趋势,当疲劳加载循环次数大于10 000时,磁场强度的增加速率降低且趋于平缓;预腐蚀后施加的交变应力场会削弱腐蚀缺陷引起的自漏磁信号,再次腐蚀后的磁场信号变化与预腐蚀程度有关,预腐蚀9 h后施加疲劳荷载,之后再腐蚀3 h,与单一腐蚀12 h相比,自漏磁信号强度削弱了32%;施加预疲劳交变应力场可强化磁场,导致腐蚀后自漏磁信号极值增加,当预疲劳加载循环次数从1 000增加至100 000时,自漏磁信号强度增大了30%。由此可见,早期腐蚀引起的高强钢丝异常自漏磁信号可被疲劳作用掩盖,考虑单一腐蚀与应力变化难以反映高强钢丝自漏磁检测效果,需综合考虑腐蚀-疲劳的耦合效应,以获得桥梁拉索高强钢丝自漏磁信号变...     

基于小波变换的斜拉桥索双轴漏磁检测方法

针对在役斜拉桥索只能进行无损检测的特点,提出了基于漏磁检测的缆索缺陷探伤方法以及检测电路.由于检测现场空间磁场噪声较强,导致漏磁信号特征不明显,为此,应用二进小波变换的方法,对周向漏磁信号采用基于高斯白噪声的快速离散软阈值算法进行信噪分离,以确定缆索缺陷程度;对轴向漏磁检测信号进行奇异性检测处理,以获取缺陷的精确位置信息.实验结果表明,该方法可实时获取缆绳索缺陷程度和位置信息.     

机器学习在磁记忆无损检测领域的应用及展望

磁记忆检测作为一种新兴的无损检测技术,具有快速、便捷地检测应力集中和微观缺陷的优点,而机器学习具有强大的学习能力和自适应能力,适用于磁记忆检测产生的大量非线性数据的处理。主要综述了机器学习算法在磁记忆无损检测领域的应用现状,考虑将机器学习应用于桥梁内部钢筋损伤的磁记忆检测当中,最终展望了机器学习在此领域的发展趋势。结果表明：以支持向量机、神经网络、聚类算法为代表的各种机器学习算法目前在磁记忆检测中得到了广泛应用,主要用于各类钢试件缺陷的损伤等级评估和缺陷尺寸反演,在桥梁钢筋损伤的磁记忆检测中尚无相关应用;单一算法具有较大的局限性,多种算法结合可以提高预测准确率;要实现磁记忆在桥梁结构内部钢筋损伤检测中的突破发展,需进一步考虑复杂结构和检测环境,结合机器学习算法建立各类影响因素与磁信号之间的关系模型,机器学习中的回归算法也可进一步应用到缺陷程度的评估当中。     

PC梁中腐蚀钢绞线的疲劳断裂特征分析

文章借助试验对预应力梁中腐蚀钢绞线的疲劳断裂特征展开研究,通过观察腐蚀钢绞线钢丝断口形貌,分析了疲劳断裂机理和断口形态形成机理,具有一定的实用价值。     

金属磁记忆检测的机理及实现

现代工业的发展，离不开各种先进的无损检测（NDT）手段。但纵观传统的NDT方法，都是在部件缺陷发展形成以后才能被发现。金属磁记忆诊断技术是目前唯一能预测部件早期损伤的新方法。本文从晶体结构出发，在理论上和实验上分析了金属磁记忆检测的机理，并建立了系统模型。     

反复荷载下钢筋拉伸破坏试验的自发漏磁信号分析

为研究钢筋在反复荷载下自发漏磁(SMFL)信号的变化规律,在考虑反复荷载对磁化强度的内耗效应基础上,提出了修正后的Jiles-Atherton模型;通过对拉伸过程钢筋SMFL信号监测实验,研究了反复荷载对SMFL信号规律的影响.研究结果表明:在经过反复加卸载后初始SMFL信号会产生损耗但最终趋于0,SMFL信号与力的关系逐渐趋于稳定;弹性阶段SMFL信号曲线规律受反复荷载最大值F c影响,屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段SMFL信号变化规律与界限特征不受影响;SMFL信号对应变一阶导数的第1、2峰值可有效地确定钢筋目前所处应力状态.     

磁性液体密封结构中漏磁的研究

为了研究磁性液体密封结构几何参数的变化对漏磁场的影响规律,选取不同的密封间隙、极齿宽度、齿槽宽度、齿槽深度及密封级数建立物理模型,用有限元方法计算各模型的漏磁场.结果表明在密封结构的轴向和径向距离上存在某一临界值,在临界值的两侧,漏磁场磁感应强度随密封结构几种几何参数的变化趋势不同：在轴向距离大于临界值时,轴向漏磁场磁感应强度随间隙的增大而增大,随级数的增加而减小,随齿宽的增大而减小,随槽宽和槽深的增大而增大;在径向距离小于临界值时,径向漏磁场磁感应强度随间隙的增大而减小,随级数的增加而增大,随齿宽的增大而增大,随槽宽的增大而增大,随槽深的增大而减小;径向距离大于临界值时的情况与小于临界值时的情况刚好相反.     

磁弹性方法无损测试钢轨残余应力分布的实验研究

磁弹性法测量残余应力是一种新型的无损检测方法，利用磁弹性方法测定了U71Mn60kg／m钢轨的磁声特性，并以此为基础对钢轨矫直残余应力进行了现场实测，得到了钢轨的残余应力分布情况，为钢轨残余应力测试提供了一种可行的检测技术．     

基于漏磁补偿的混合电磁铁磁力修正研究

电磁永磁混合磁铁的悬浮磁力具有强非线性特点,与磁铁结构密切相关,而现有混合磁铁磁力解析计算公式忽略了磁路漏磁等因素影响,在实际计算中存在较大误差. 针对这一问题,建立了两种常用混合磁铁结构的磁路模型,分析了边缘磁通分布、磁路漏磁对磁铁工作磁路的影响,推导了两种混合磁铁的磁路方程及相关磁阻,提出了一种新的混合磁铁磁力修正计算方法,最终通过有限元分析对两种结构的混合磁铁磁力进行了验证. 研究结果表明:由于悬浮气隙较大,电磁永磁混合磁铁在电磁力计算中漏磁影响不能忽略;采用本文磁力修正公式计算,两种混合结构电磁力误差分别降低为3.8%和8.3%.      

基于磁场梯度张量局部模量的钢筋锈蚀监测方法

为研究钢筋混凝土中钢筋锈蚀的无损及定量监测方法,分析地球背景磁场和环境干扰磁场的影响,探讨钢筋的锈蚀率与磁场梯度张量局部模量的理论公式. 通过8根钢筋进行通电加速锈蚀试验模拟钢筋不同程度的锈蚀. 研制钢筋锈蚀监测系统,测量锈蚀前后钢筋的磁感应强度,采用磁场梯度张量局部模量反演钢筋的锈蚀率. 试验结果表明:在钢筋锈蚀后测试的磁感应强度曲线发生非等距离的偏移,磁感应强度绝对值相比锈蚀前有增大也有降低,没有一致性的规律;在锈蚀后钢筋磁场梯度绝对值及局部模量的平均值减小;在钢筋锈蚀的磁场监测中,钢筋自身的磁场梯度及局部模量远远大于环境磁场,环境磁场的梯度及其局部模量可忽略不计;8根试件的计算锈蚀率与试验中实际失重率的最小误差为0.22%,最大误差为9.40%,误差的平均值为3.92%,误差的标准差为3.32%.      

基于双参数的管道泄漏检测系统的研究

泄漏检测在油料长输管道安全生产中占有重要的位置,介绍了一种基于压力流量双参数的管道泄漏检测系统的总体设计。其中压力检测利用了负压波法,负压波拐点的提取引入了小波变换理论,对时间及负压波波速的确定提出了解决的方法。提高了泄漏检测灵敏度和定位精度。     

沥青软化点测试方法的研究

通过一系列的软化点试验。分别探讨了在不同养护温度、不同的升温速度下，水浴法与甘油浴法测得的软化点值的变化规律以及相互之间的差别，得出沥青软化点不随其养护温度的改变而改变，而与升温速度成正比，比例系数近似为1．5。对于同种沥青。甘油浴法比水浴法测得的软化点要高，差值随沥青的不同而不同。考虑到试验结果的可比性和准确性，建议沥青软化点测试全部采用甘油浴法。     

复铝钢绞线载流承力索连续挤压硅包覆工艺的研究

研究了新型专利产品——复铝钢绞线载流承力索的连续挤压包覆(CONCLAD)工艺,设计了模拟试验装置,并在通用液压机上进行了大量的挤压包覆模拟试验。试验表明:通过工艺和模具参数的优化,可制订比较合理的工艺和模具,很好地模拟CONCLAD连续挤压包覆的工艺特点,生产出优良产品。通过光镜和电子探针分析表明,承力索产品的铝套和钢绞线具有良好的结合性能,其钢铝结合强度达70MPa,反复弯曲歼裂次数为70次以上。试验结果与挤压力的理论分析基本吻合。     

基于模型试验的城市轨道交通正交异性钢桥面板应力特征研究

在轨道交通桥梁实际运营过程中,由于桥面板的结构特点以及轨道车辆荷载大小的时变性,桥面板往往处于较为复杂的时变三轴应力状态,现行规范并不能很好地指导其设计与施工,针对轨道桥梁桥面板的深入研究也较为匮乏。为了对其应力特征进行研究,借助正交异性钢桥面板足尺节段模型疲劳加载试验得到了桥面板、U肋及横隔板处的测点应力数据,通过比较不同路径上和不同位置处的试验数据总结出桥面板在桥梁服役阶段各关注细节的应力变化规律。试验结果表明桥面顶板测点的应力水平随着与U肋的距离愈来愈远而大幅降低,U肋处测点距桥面顶板的距离大小对该处应力水平的影响更大,横隔板处测点的应力最大值均出现在桥面板-横隔板-U肋三者共同连接区域。针对各连接部位较多处于应力集中状态这一普遍现象提出在U肋内增设内隔板的改进措施,ANSYS仿真模拟结果表明当内隔板采用三面围焊时可以有效改善应力集中现象。     

基于GTEM的计算机电磁泄漏测试方法研究

论文研究的内容属于ＴＥＭＰＳＥＳＴ（信息电磁泄漏检测与防护）技术范畴,是所开展的计算机信息截获研究工作的一部分,文中提供用频域法在ＧＴＥＭ装置中测试两种ＰＣ－５８６计算机电磁泄漏的技术,还提供了２５Ｈｚ～１ＧＨｚ的宽频带内的测试数据及有关分析。     

不锈钢氧化着金色及耐蚀性研究

采用Ｈ２ＳＯ４－ＣｒＯ３溶液对不锈钢（１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ）进行氧化着色试验,获得令人满意的金色膜,较好地解决了膜层颜色均匀和再现问题。通过改变传统的坚膜处理配方,使膜层颜色稳定,致密坚实,同时采用不同方法对金色膜耐蚀性进行研究,得到了较好的结果。     

采用微机进行磁通轨迹控制的GTO逆变器的研究

研制了采用磁通轨迹控制方法,用单片机生成控制信号的电压型GTO交流传动系统。该系统采用的是INTEL公司的准十六位单片机8098,开发装置由AST286微机和MCS-96BH串行通讯板组成。在对磁通轨迹的控制中,充分发挥8098的乘除运算功能,对电压矢量的时间进行计算,控制信号由高速输出口HSO输出,经光电隔离放大,驱动主电路的六支GTO,带动电机工作。磁通轨迹控制法以控制磁通轨迹近似为圆形为目的,尤其在低频时,轨迹更近似为圆,噪声小,无低频转矩脉动现象,具有恒磁通调速特性。同时,算法较直观。另外,系统中设有过电压、过电流软件保护。实际运行表明,系统可以平滑调速,稳定运行。