[发明专利]基于超声导波应力敏感度分析的钢绞线单轴应力检测方法

说明书

本发明涉及一种基于超声导波应力敏感度分析的钢绞线单轴应力检测方法，包括：获取需检测的在役钢绞线构件的1000mm长度复制试件；通过应力敏感度分析从理论上确定在复制试件中传播的超声导波的最优激励频率，并搭建钢绞线单轴应力检测硬件和软件系统，从试验中获取该频率下的超声导波特征量与应力的关系曲线；针对在役钢绞线构件，确定其检测区域，利用钢绞线单轴应力检测系统获取超声导波时域信号；对捕捉到的时域信号进行处理，得到实测超声导波特征量，并将其代入复制试件的导波特征量与应力关系曲线，求得在役钢绞线单轴应力大小。本发明的方法，能够实现对不同规格的在役钢绞线和钢质圆杆单轴应力的无损检测，检测精度较高。

技术领域

本发明属于钢结构构件应力无损检测领域，尤其涉及一种基于超声导波应力敏感度分析的钢绞线单轴应力检测方法。

背景技术

钢绞线作为常用的张拉构件，承担结构中的主要受拉作用，在土木工程的多个领域得到较为广泛的应用。钢绞线在张拉过程中，以及在服役过程中，由于建材性能退化、施工情况复杂和环境因素的影响，其所受应力将产生一定程度的损失。为了准确地了解和掌握钢绞线的应力状态和服役表现，有必要开发一种精确、稳定、高效的钢绞线应力检测方法。

钢绞线主要应用领域包括预应力混凝土结构中的预应力筋、斜拉桥中的拉索、悬索桥中的缆索和吊索以及基坑支护用的埋地锚杆等。作为其中的主要受力构件的钢绞线，对结构的安全性与耐久性影响较大。针对桥梁拉索等应用领域中钢绞线的应力状态，目前施工中主要的检测方法有压力传感器法，对在役拉索的检测方法主要有基于弦振动理论的频率法和基于磁弹效应的磁通量检测法等。预应力混凝土结构中的钢绞线内穿于构件体内，频率法并不适用，针对该应用领域中的钢绞线，传统的应力检测方法需要预埋传感器，包括应变片粘贴法、钢绞线传感器检测法和光纤光栅传感器法等。这些预埋式的检测方法需要在制作构件时预先埋入传感器，在后期服役过程中一旦传感器受损很难进行维修或更换，且其检测精度根据不同工况有较大差别。

超声导波作为一种在具有狭窄边界的波导中传播的特殊超声波，具有超声波在应力检测方面的普遍优势。此外超声导波还具有其自身的优势：由于其频率较低，超声导波在介质中传播的衰减较小，在长距离、大范围的缺陷及损伤检测领域体现出较明显的优势。目前有关超声导波的研究主要集中在管道、柱状结构、板状结构以及叠层复合材料中缺陷和损伤的检测。在应力无损检测方面，基于超声导波声弹性理论，对于在受轴力作用下的钢绞线中传播的超声导波，其超声特征量与轴向应力存在一定相关性，然而由于导波传播模态的复杂性，利用超声导波对在役钢绞线构件进行应力检测仍需大量基础研究和试验研究。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种基于超声导波应力敏感度分析的钢绞线单轴应力检测方法，实现对在役钢绞线构件轴向应力的无损检测。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于超声导波应力敏感度分析的钢绞线单轴应力检测方法，包括以下步骤：

S1、获取需检测的在役钢绞线构件的1000mm长度复制试件；

S2、通过应力敏感度分析从理论上确定在复制试件中传播的超声导波的最优激励频率，并搭建钢绞线单轴应力检测硬件和软件系统，从试验中获取该频率下的超声导波特征量与应力的关系曲线；

S3、针对在役钢绞线构件，确定其检测区域，利用钢绞线单轴应力检测系统获取超声导波时域信号；

S4、对捕捉到的时域信号进行处理，得到实测超声导波特征量，并将其代入复制试件的导波特征量与应力关系曲线，求得在役钢绞线单轴应力大小。

优选地，除长度外，所述复制试件与原钢绞线的材质、强度和公称直径均相同。

优选地，所述步骤S2包括如下子步骤：