[发明专利]一种基于超声导波方法的正交异性钢桥面板顶板疲劳裂纹检测系统

说明书

一种基于超声导波方法的正交异性钢桥面板顶板疲劳裂纹检测系统，涉及无损检测与超声检测技术领域。本发明是为了解决现有正交异性钢桥面的检测时，难以在无损的情况下实现正交异性钢桥面板全面检测的问题。本发明所述的一种基于超声导波方法的正交异性钢桥面板顶板疲劳裂纹检测系统，在不损害待检测结构的情况下，通过支架在待测板面下自由行走，带动换能器检测任一位置，从而达到全面检测的目的。本发明可实现对目前目视难以检测的区域的疲劳裂纹无损、自动、准确、高效、定量的检出，为后续修复加固提供必要信息。

技术领域

本发明属于无损检测与超声检测技术领域，尤其涉及对正交异性钢桥面板的顶板疲劳裂纹进行检测。

背景技术

正交异性钢桥面板因其优异的力学特性、使用性能和经济性等优势，在国内外各类型桥梁工程中的应用日益广泛。但由于正交异性钢桥面板构造复杂，构件之间连接和焊接部位较多，近年来，在不断增加的交通流量和超载车辆作用下、以及结构本身缺陷、焊接残余应力等因素作用下，正交异性钢桥面板疲劳问题突出，疲劳开裂问题频发。正交异性钢桥面板的疲劳裂纹具有普遍性、隐蔽性和分散性等特点，疲劳裂纹出现后若不及时处理，则会迅速扩展，发展成为大尺寸裂缝，对桥梁服役安全造成严重威胁，严重情况下可能会引发不可预测的突发性桥面坍塌等事故。国内外桥梁检测统计表明，早至通车5年即在钢桥面板中发现疲劳裂纹，我国的多座钢桥在运营10年左右即出现较严重的正交异性桥面板疲劳病害。对正交异性钢桥面板疲劳裂纹及早进行高效准确检测并进一步加固维修，对于保证桥梁运营安全和服役寿命均具有极其重要的意义。

正交异性钢桥面板中的疲劳裂纹主要根据其位置分类，以当前最常用的闭口U型加劲肋为例。图1给出了正交异性钢桥面板的主要部位结构。疲劳裂纹主要出现在U型肋与顶板连接处、U型肋与横隔板连接处、U型肋对接焊缝处、U型肋过焊孔处U型肋裂纹、横隔板与顶板连接处等部位。上述绝大部分裂纹属于可见裂纹，目前现场检测常用外观目视检查法，即在钢箱梁内部通过人工查看、标注、编号、拍照等方式记录裂纹位置和特征。但目视检查法对闭口U型肋内部裂纹无法发现，如图2中标记的疲劳裂纹。对该类型疲劳裂纹，目前实际工程中常用的检测方法是在钢箱梁外部，即桥面上，将桥面铺装层打开，露出钢板(即顶板)的平坦顶面，然后使用超声波衍射时差法设备(即TOFD超声波探伤仪)对钢板沿U肋与顶板的焊缝走向进行长距离扫查。该方法需要封锁交通、破坏整个车道的铺装层进行检测，不属于无损检测，并耗费大量人力、物力和财力。另外，对该类型疲劳裂纹也可采用超声相控阵检测，但超声相控阵存在扫描范围太小、有扫描盲区、检测过程繁琐且效率极低等不足之处。除此之外，目前对正交异性钢桥面板顶板部位的不可见裂缝尚无有效检测手段。

发明内容

本发明是为了解决现有正交异性钢桥面的检测时，难以在无损的情况下实现正交异性钢桥面板全面检测的问题，现提供一种基于超声导波方法的正交异性钢桥面板顶板疲劳裂纹检测系统。

一种基于超声导波方法的正交异性钢桥面板顶板疲劳裂纹检测系统，包括检测部分和控制部分，所述检测部分包括：支架和换能器单元，所述控制部分包括：信号收发单元、控制单元和信号处理单元；

支架用于搭载换能器单元、并通过磁力轮组吸附在待测钢箱梁顶板9的底部，使得换能器单元能够靠近或紧贴于待测钢箱梁顶板9的底部、还能够带动换能器单元沿钢箱梁U型肋10的长度方向移动，换能器单元包括至少一个换能器51，换能器51用于在待测钢箱梁顶板9中激发超声导波信号、还用于在不同位置点处接收待测钢箱梁顶板9中传播的导波信号；

信号收发单元包括：

波形发生模块：用于产生窄带电压信号、并将该信号施加在换能器51上、使其在待测钢箱梁顶板9中激发形成超声导波信号，

数据采集模块：用于实时采集换能器51接收到的导波信号、并将导波信号发送至信号处理单元，