[发明专利]一种服役桥梁拉/吊索锚固系统的检测装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于服役桥梁拉/吊索锚固系统无损检测领域，尤其涉及一种基于超声波的服役桥梁拉/吊索锚固系统的检测装置与方法。

背景技术

近期修建的悬索桥大多采用预应力锚固系统，预应力锚固系统由预应力和索股连接件构成，主缆索股通过连接件与预应力筋相连将力传给锚块。桥梁拉/吊索的材质一般采用高强度钢筋、钢丝或钢绞线。目前国内外常用的索体是平行钢绞线索和平行钢丝索。拉/吊索锚固系统常见缺陷表现为腐蚀、裂纹、断丝等，主要缺陷是腐蚀，它直接影响拉/吊索抗力的降低。预应力结构中材料的防腐和耐久性问题一直是备受关注而棘手的问题。国内外预应力结构中因预应力材料腐蚀而导致结构损害的例子很多，如：1995年广州海印桥发生的9号拉索断裂事故，2001年宜宾南门大桥因拉索锈蚀发生倒塌，2005年重庆石门大桥因拉索系统发生腐蚀而严重影响桥梁安全，2007年美国Mississipi大桥坍塌事件。

对锚固系统进行检测，首先需要检查锚固系统的保护系统是否遭到破坏，在保护系统遭到破坏的情况下，需检测锚固系统受影响的程度，锚具是特别敏感的部位，腐蚀气体、积水和污染物通常会积聚在这里，使这里的情况恶化，拉索还承受弯矩和其他作用，所以拉索常常在这里发生损伤。而锚具构造的特殊性，使常规方法往往无法触及，大多采用无损方法进行检测，目前对拉索锚固系统检测的方法和工具很有限，射线成像方法为了提供足够能量的射线和安全保证，但是检测装置本身比较笨重，索锚固区域周围空间往往有限，而且射线图像也不易解释，实验的结果也不能够保证现场检验的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为解决现有的拉/吊索锚固系统无损检测方法和装置的有限、准确性不高等问题，以及现有的检测技术中的缺陷，提供一种稳定性好、穿透能力强、缺陷定位准确、检测灵敏度高、成本低、使用方便、速度快、对人体无害的服役桥梁拉/吊索锚固系统的检测装置与方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供的是一种基于超声波的服役桥梁拉/吊索锚固系统的检测装置，该装置包括：主要由超声波产生与激励部分、压电换能器和信号采集仪组成的检测电路，以及主要由用来固定锚固系统的拉/吊索的第一夹具、用于排除超声波激励部分的发射探头与工件表面之间空气的耦合剂、将发射探头与压电换能器通过耦合剂与锚固系统的一端相连的第二夹具、PC机组成的检测机构。

所述超声波产生与激励部分，由发射机和发射探头构成，其中发射探头的输入端与发射机连接。

所述压电换能器通过磁吸方式固定在锚索端面上，其由数据线与信号采集仪相连。

所述信号采集仪，通过数据线与PC机相连。

所述超声波产生与激励部分包括发射机和发射探头，发射机用于将交流电通过变压和直流整流得到工作电压，产生脉冲激励；发射探头通过磁致伸缩原理产生超声波。

所述信号采集模块在发射机同步触发的方式下，采用单通道采集，多倍放大，低通滤波；分析模块对带通滤波处理后的信号进行波形和相位分析。

本发明还提供了一种基于超声波的服役桥梁拉/吊索锚固系统的检测方法，具体是：发射机将交流电通过可调变压器和直流整流模块得到工作电压，发射探头在电压的激励下产生超声波，经耦合剂导入拉/吊索锚固区，压电换能器将锚固区反射的超声波转化成相应的电信号，经信号采集仪采集，在PC机中对电信号进行处理、分析，获取锚固系统的缺陷信息。

本发明提供的上述服役桥梁拉/吊索锚固系统的检测方法，其包括以下步骤：

(1)压电效应：

当具有非对称特性结构的单晶材料受到外加应力作用而产生应变时，其内部晶格结构的形变变化会破坏原来宏观表现为电中性的状态，产生极化电场，所产生的电场强度与应变的大小成正比，这种现象称为正压电效应；当压电换转器在接收到超声波时，发生正压电效应将声能转换为电能；

(2)锚固区拉/吊索的损伤定位：

发射探头和压电换能器用夹具固定在锚固系统的同一端，发射探头在电压的激励下，通过磁致伸缩效应产生超声波，经耦合剂导入锚固区拉/吊索，超声波沿拉索传播；压电换能器接收到从界面即声阻抗不同的两种介质的结合面处反射回来的超声波转化成相应的电信号，该信号在拉/吊索中的传播速度一定，通过以下比例关系确定缺陷位置，即：