[发明专利]一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法

权利要求书

1.一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法，其特征在于：包括以下几个步骤；

S1：引进先进的相控阵缺陷成像检测技术应用于钢管杆焊缝检测中，对缺陷的性质、大小和严重程度做出准确判断，实现钢管杆超标缺陷无损评价；S1采用国际先进的超声相控阵无损检测方法对焊缝缺陷进行成像扫查，定性、定量表达被检对象缺陷大小、深度、高度、性质各项参数及焊缝缺陷3D视图；

S2:研究焊接温度对薄壁离心混凝土钢管塔性能的影响；首先进行焊接温度场数值模拟计算，然后在试块焊缝内表面、混凝土中心厚度处和混凝土外表面埋入热电偶，进行焊接补强时测量温度数据；焊接完成后进行混凝土黏结状况检验和混凝土抗压性能试验；在对比试块上进行灵敏度校验，设置好灵敏度曲线，对加固位置进行测试，分别测量焊接前后的黏结状态，对回波分贝差及回波包络图进行分析，对第6次界面回波采集数据，加固位置焊前与焊后的黏结界面回波分贝差在1dB以内，即在焊接工艺下，焊接过程中产生的温度对界面反射波幅基本无影响；在对比试块上进行灵敏度校验，设置好灵敏度曲线，对焊缝附近区域焊接前后的黏结状态进行测试，分析界面回波分贝差及回波包络图，对第6次界面回波采集数据，弯曲试验前后的黏结界面回波分贝差在1dB左右，在焊缝附近整圈范围内，管与混凝土黏结良好，弯曲试验前后的黏结界面回波分贝差在7.8dB～17.8dB，在焊缝附近整圈范围内，钢管与混凝土的黏结状况与初始状态有着明显的区别，S2结合漯车线#49薄壁离心混凝土钢管塔超声相控阵检测结果，建立断裂力学有限元模型，计算不同裂纹长度下的线弹性应力强度因子，并根据塑性屈服理论对线弹性应力强度因子进行修正；经过和许用应力强度因子比较，得到允许的最大环向裂纹长度；

S3:钢管混凝土黏结状况无损检测方法试验；采用12mm厚钢板上部振动浇注混凝土，混凝土和钢板结合面一半打上肥皂水，一半喷砂处理，模拟钢管混凝土黏结状况；然后进行无损探伤检验，记录每种黏结状况下的无损检测数据，为现场钢管塔黏结状况无损检验提供技术支持；钢管与混凝土结合状态良好时，界面对超声波的声压反射率为61％；当发生脱层时，界面对超声波的声压反射率为100％；

S4：确定含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔容许缺陷尺寸的安全评定方法；根据设计载荷条件，提出含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔的最大可允许裂纹标准，通过该标准指导带焊接裂纹构件安全性评估；

S5:含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔补强方案的研究；进行不同补强方案下含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔的强度校核，比较分析不同补强方案的可行性、经济性；

采用试验与数值模拟相结合的方法，对试验塔杆的数值模拟方法以及补强方法进行研究；首先加工规格相同的薄壁离心混凝土电杆两根，模拟整圈1/2壁厚未焊透缺陷，其中一根在养护期满后在焊缝处进行补强焊接，两根分别进行弯曲试验，测试其在加载过程中的应力应变数据；两根试验杆塔的有限元计算应变与实验结果进行对比，分析有限元计算结果是否正确；并对两根试验杆塔的试验结果进行对比，分析补强方法是否合适；用8块20mm厚的加强板焊接加强后，15度圆心角对应的焊接缺陷的应力强度因子在加强后低于许可应力强度因子；在8块加强板加强方案的基础上，在两块加强板的中间单独放置一块加强板时，43.23度圆心角对应的环向焊缝缺陷加强后应力强度因子低于许可应力强度因子；

对钢板混凝土试块进行焊接温度场数值计算，然后测量焊接补强时钢管和混凝土的温度场数据，两者数据结果进行对比分析，确定焊接温度场数值计算方法的正确性；对钢管混凝土杆塔进行焊接温度场数值计算，得到其温度场分布情况，评估温度对混凝土性能的影响；

黏结状态超声波检测方法：由于薄壁离心混凝土钢管塔外壁钢材一般为Q235结构用钢，Q235钢具有各项同性，声速约为5900m/s,密度为7800kg/m³；普通混凝土为水泥与沙石的混合物，表观密度为1950～2500kg/m³，是土木工程中最常用的混凝土品种，声速约为4120m/s；

超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两种介质的分界面上，一部分能量反射回原介质内，称反射波；另一部分能量透过界面在另一种介质内传播，称透射波；根据超声波在异质界面产生反射、透射的特性，采用超声波检测方法来评价钢管与混凝土界面的黏结状态。