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斜拉桥拉索损伤检测和监测方法

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摘要：拉索是斜拉桥的关键受力构件，一旦有部分拉索发生损伤而丧失承载能力，将对整个桥梁产生重大影响，甚至可能导致整座桥梁垮塌，因此研究拉索的损伤检测和监测技术意义重大。介绍了几种斜拉桥拉索损伤检测和监测方法，包括人工目测法，射线检测法，模态测试法等。简述了每种拉索损伤检测方法的基本原理，简要回顾了每种方法的主要研究进展，并作了简要的评述。

论文关键词：损伤检测,斜拉桥,拉索,健康监测

斜拉桥是我国大跨径桥梁中最常见的桥型之一。到目前为止，我国已建成各种类型的斜拉桥100多座。世界10大著名斜拉桥中我国占8座，尤其是苏通长江大桥主跨1088m，为世界斜拉桥第一跨。因而，对斜拉桥进行损伤检测或健康监测，保证斜拉桥在其设计使用年限内正常运营已经成为了不可回避的课题。拉索是斜拉桥的关键受力构件，一旦有部分拉索发生损伤而丧失承载能力，将对整个桥梁产生重大影响，甚至可能导致整座桥梁垮塌。因此，对拉索进行损伤诊断研究具有重要的意义。

1斜拉桥拉索损伤检测及监测方法

目前，对拉索进行损伤检测和监测的方法很多，有人工目测法，射线检测法，磁漏检测法，磁致伸缩导波检测法，索力检测法，声发射监测法，模态测试法和光纤布拉格光栅传感器监测法等，以上方法各有优缺点，且某些方法还有待深入研究。

1.1人工目测法

早期，人们对斜拉桥拉索的检测主要采取人工目测法，主要检查内容有：观察斜拉索护层的外观是否有破损或开裂，然后根据实际情况决定是否要打开护层，进一步检查拉索索体是否有断丝和锈蚀的状况；检查锚固端和紧固件有无松脱、变形或锈蚀等情况。检测人员利用目测法对拉索进行检测时，要用设备将检测人员送到高空，效率低、存在高空坠落的危险、检测成本高。

检测人员也在桥面上通过高分辨率的望远镜对拉索表面进行观察，判断拉索安全状况。该方法成本较低，但检测效率低，精度较差，只能作为辅助检测手段[1]。

近年来，人们开始研究拉索检测机器人，利用机器人携带摄像头对拉索损伤状况进行检测，效率较高，成本较低。但该方法也只能对拉索外部护层进行检测，不能检测出内部断丝和腐蚀情况。

1.2射线检测法

射线检测在日常生产生活中已经有着非常广泛的应用，如质量检测（铸造焊接、工艺缺陷检测）、测量厚度、物品检查（机场、车站、海关检查）等。放射线法也可以对拉索的内部损伤和缺陷进行检测，工程检测中应用的射线主要有两种：X射线和γ射线。X射线的检测原理是：当X射线穿过拉索时，如果拉索局部区域存在缺陷，它将改变拉索对射线的衰减，引起透射射线强度的变化，通过检测透射线强度，就可以确定拉索中是否存在损伤以及损伤的位置、大小。

早在20世纪80年代，国外已经采用射线检测拉索的锚固区，但该方法检测成本高、耗时长，因而未被广泛采用[2]。2004年，Telang等[3]采用X射线对拉索进行了检测试验，结果表明，X射线能检测到拉索中所有的缺陷，但是拉索内部材质较为复杂，图像解释起来非常困难。

应用射线检测法拉索检测，能够检测到拉索锚固区和索体的全部内部缺陷，但由于射线检测法存在图像解释困难，检测效率低，造价高，辐射污染的问题，经济论文范文因此在未取得进一步研究进展之前，并不适合将之大规模应用于桥梁拉索损伤检测。

1.3磁漏检测法

磁漏检测法是无损检测技术，它是通过检测被磁化的斜拉索表面泄露出的磁场强度来判定缺陷的大小。磁漏检测法的原理：利用由衔铁和永久磁铁组成的磁化器将索体磁化至饱和状态，拉索内部断丝、腐蚀等缺陷处会形成漏磁场，沿拉索轴向利用磁敏感元件扫描获取缺陷漏磁场信号，从而实现对拉索缺陷的检测。

国外对漏磁检测技术的研究很早，早在1933年，Zuschlug就提出了磁敏传感器测量漏磁场的思想，20世纪60～20世纪70年代，美国、英国已经开始应用磁漏监测技术对管材进行了损伤检测[4]。我国从20世纪90年代初才开始对漏磁检测技术进行研究，也取得了一些成果。就拉索损伤检测方面而言，贲安然等[5]通过建立三维有限元模型，研究了拉索断口宽度、缺陷埋藏深度等参数对漏磁场强度的影响，得到了漏磁场强度随上述参数的变化规律，从而为解释拉索检测信号和确定断丝的数量提供依据。此外，贲安然等[6]还提出一种采用有限元法对拉索漏磁检测磁化器的各参数进行设计的方法，并对按上述方法设计的磁化器进行了试验验证，两者结果完全相符。

由于拉索结构形式复杂，拉索检测与钢丝绳检测相比有直径大，钢丝与钢丝之间存在较大空气隙，外部包聚乙烯护套的特点。因此，磁化器要具有足够强的磁化能力，检测元件要有较大的提离距离。除此之外，上述特点还增加了检测信号的解释难度。

1.4磁致伸缩导波检测法

磁致伸缩效应是指当铁磁性材料受外加磁场力作用时，它的形状和尺寸大小会发生变化的现象，或者铁磁物体受到恒定磁场