淺談關(guān)于鋼絞線檢測的無損檢測技術(shù)

淺談關(guān)于鋼絞線檢測的無損檢測技術(shù)

王百芳巴金磊摘要：鋼絞線作為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件之一，其直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性。本文簡單的敘述了關(guān)于鋼絞線常見的的檢測方法和預(yù)應(yīng)力錨夾具、鋼絞線檢測工作所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。Key：無損檢測鋼絞線概述和標(biāo)準(zhǔn)引言：預(yù)應(yīng)力鋼絞線由六根彎曲鋼絲以固定的螺距圍繞一根中心鋼絲捻制而成。由于具有高效、經(jīng)濟、強度高、松弛性能好等特點，鋼絞線已被廣泛應(yīng)用于高層建筑、斜拉索橋和預(yù)應(yīng)力工程中。受長期工作環(huán)境和承載力變化的影響，鋼絞線容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕、壓痕、突發(fā)性斷裂等缺陷。作為主要受力構(gòu)件之一，鋼絞線的這些缺陷將直接危害到結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。據(jù)調(diào)查世界范圍內(nèi)的斜拉索橋發(fā)生事故時，絕大部分是由鋼絞線的失效引起的。因此，在生產(chǎn)和使用過程中，對鋼絞線進行無損檢測具有非常重要的意義。1.檢測方法的概述傳統(tǒng)的檢測方法，如超聲法、漏磁法，用于鋼絞線檢測時必須貼近鋼絞線表面并沿其長度方向逐點掃描，產(chǎn)生了檢測效率低、成本高、勞動強度大等問題。此外，針對復(fù)雜區(qū)域中的構(gòu)件，如位于斜拉索錨固區(qū)中的鋼絲和巖土中的錨桿，傳統(tǒng)方法難以實施有效檢測。近年來，超聲導(dǎo)波技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域備受關(guān)注，特別是在石化、電力等工業(yè)部門中得到了廣泛的研究和應(yīng)用。超聲導(dǎo)波是一種彈性應(yīng)力波，當(dāng)其在桿、管等構(gòu)件中傳播時會在界面間不斷來回反射，若遇到介質(zhì)的變化會產(chǎn)生反射和透射，通過對反射波和透射波的檢測即可獲得構(gòu)件的缺陷信息。導(dǎo)波技術(shù)在單點激勵就可以實現(xiàn)長距離檢測，并且導(dǎo)波在波導(dǎo)中傳播時需要對象橫截面全部質(zhì)點的參與，因而可以檢測出構(gòu)件的內(nèi)外部缺陷。這兩個突出的優(yōu)點使得導(dǎo)波檢測技術(shù)不僅簡單快速，而且還適用于帶包覆層或復(fù)雜區(qū)域中構(gòu)件的檢測。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)成功將導(dǎo)波技術(shù)用于鋼絞線的缺陷檢測，然而，導(dǎo)波檢測又具有一定的復(fù)雜性。導(dǎo)波傳播過程中伴隨的衰減、頻散、多模態(tài)等現(xiàn)象，降低了檢測系統(tǒng)的靈敏度，致使缺陷信號常常淹沒在背景噪聲中。另一方面，由于鋼絞線結(jié)構(gòu)特殊，使得導(dǎo)波在其中的傳播更加復(fù)雜，這對缺陷檢測結(jié)果會造成一定的干擾，增加缺陷信號識別的難度。因此，研究鋼絞線中導(dǎo)波的傳播特性、缺陷反射波與缺陷尺寸的相互關(guān)系，不僅有助于更好的運用導(dǎo)波技術(shù)，還為研究鋼絞線缺陷定量檢測提供基礎(chǔ)。進一步尋找合適的導(dǎo)波信號處理方法，可以幫助提高檢測信號的信噪比，也直接關(guān)系到鋼絞線小缺陷檢測的可靠性和準(zhǔn)確性。導(dǎo)波檢測鋼絞線及其組成構(gòu)件的巨大優(yōu)勢和應(yīng)用前景，吸引許多學(xué)者對上述問題進行了不同程度的研究。2關(guān)于預(yù)應(yīng)力錨夾具、鋼絞線檢測國家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)應(yīng)力鋼絞線、錨夾具檢測的最新標(biāo)準(zhǔn)是GB/T14370—2007《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》、GB/T5224—2003《預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線》及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ85—2002《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等。這些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是預(yù)應(yīng)力材料生產(chǎn)和施工進場檢驗的依據(jù)，檢測部門必須嚴(yán)格遵守。由于一些細(xì)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)中沒有具體規(guī)定，實際操作時試驗檢測結(jié)果具有不確定性。3無損檢測當(dāng)中鋼絞線檢測3.1鋼絞線的試驗夾具鋼絞線試驗夾具對鋼絞線最大力Fm的測定有重要影響，而Fm的數(shù)值又直接影響到錨具效率系數(shù)的計算。不同的檢測單位使用不同形式的夾具，夾具的夾持長度從80～180mm不等，夾具牙紋有點狀、細(xì)牙等，這些夾具不同程度地對鋼絞線有著“缺口效應(yīng)”，導(dǎo)致鋼絞線提前破壞，且斷口總是發(fā)生在夾持部位，造成對同樣的鋼絞線使用不同夾具進行試驗會得到不同結(jié)果這一不合理的現(xiàn)象。GB/T5224—2003規(guī)定：“如試樣在夾頭內(nèi)和距鉗口2倍鋼絞線公稱直徑內(nèi)斷裂達(dá)不到本標(biāo)準(zhǔn)性能要求時，試驗無效?！眴栴}在于對于“有效”的試驗，雖然達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能指標(biāo)，鋼絞線材料檢驗合格，但由于沒有真正測出鋼絞線不受損傷情況下的最大力，因而也不能夠準(zhǔn)確地測量出鋼絞線受損傷情況下錨具的錨固效率系數(shù)。那么有沒有使鋼絞線不受損傷的夾持形式呢？目前解決這個問題使用較多的辦法是試樣夾持部分包裹一層金剛砂，再使用鋁片作為墊片，以防止夾具牙紋對鋼絞線的損傷，同時最大程度地握裹住試樣，阻止試樣打滑，試樣夾持部位完全沒有損傷，只是由于摩擦的緣故，變得有些粗糙，部分試樣更是斷在中部，斷口有頸縮，呈塑性斷口狀。值得注意的是：由于鋼絞線在拉伸試驗過程中，金剛砂脫落，下鉗口轉(zhuǎn)軸內(nèi)會被落入的金剛砂劃傷，故下鉗口應(yīng)覆蓋1層橡膠防護罩，并應(yīng)在每次試驗后及時清理落下的金剛砂。建議今后修訂標(biāo)準(zhǔn)時增加有關(guān)試驗方法、夾具形式的內(nèi)容，以減少由于試驗方法不同所造成的試驗結(jié)果差異。如何避免“缺口效應(yīng)”，本人所在的試驗室采取另外一種辦法，使用平推鉗口的萬能試驗機，該形式的萬能機上下兩個鉗口都配有平推油頂，每個油頂?shù)膴A持力在開始拉鋼絞線的時候能達(dá)到1000kN（100噸），這樣在試驗的時候只要在鋼絞線兩端夾持區(qū)墊上鋁片即可，省去涂抹金剛砂效率大大提高，且鋼絞線試驗過程中不會被咬斷。3.2鋼絞線的彈性模量鋼絞線的彈性模量在GB/T5224—2003第7.3.5條的參考值為（195±10）GPa，但不作為交貨條件。實際上，彈性模量作為預(yù)應(yīng)力施工張拉伸長量計算的重要數(shù)據(jù)，是試驗中的必測項目。鋼絞線的截面積是使用標(biāo)準(zhǔn)中所提供的參考值還是用實測值，這在檢測部門一直存有分歧。按GB/T228—2010《金屬材料室溫拉伸試驗方法》的規(guī)定，應(yīng)該用實測面積，但對于如圖3所示的鋼絞線截面，如何才能準(zhǔn)確地測量出其截面積呢？方法之一是分別測量7絲的面積，然后相加。筆者建議用稱重法測量面積，或是先測量圖中對角直徑d，然后按表1取值作為鋼絞線的實測面積。但由于存在間隙，對角直徑d難以精確測量。圖3鋼絞線截面示意3.3引伸儀標(biāo)準(zhǔn)鋼絞線彈性模量測量使用的引伸儀標(biāo)準(zhǔn)中未作規(guī)定，各檢測單位所使用的引伸儀標(biāo)距100～600mm不等。然而鋼絞線結(jié)構(gòu)特殊，捻距約為170mm，因此只有引伸儀標(biāo)距大于200mm時，變形的測量才不會受到鋼絞線結(jié)構(gòu)特性的影響，從而提高鋼絞線彈性模量測量的準(zhǔn)確性。引伸儀的夾持方式也應(yīng)注意。通常引伸儀的刀口是平直的，用橡皮筋固定只能夾持鋼絞線7絲中的2絲，由于各絲變形有一定程度的不均勻性，因此對彈性模量的測試還是有一些影響，建議使用用螺紋固定的環(huán)形卡式500mm標(biāo)距的引伸儀。4結(jié)語鋼絞線在世界范圍內(nèi)被普遍用于鋼筋混凝土和斜拉橋的制造中。在惡劣的工作環(huán)境下，鋼絞線經(jīng)常產(chǎn)生腐蝕，斷絲等缺陷。這直接關(guān)系到預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的安全性，所以對鋼絞線及其組成的構(gòu)件進行了實驗研究具有重要的現(xiàn)實意義。Referen