淺談關于鋼絞線檢測的無損檢測技術

淺談關于鋼絞線檢測的無損檢測技術

王百芳巴金磊摘要：鋼絞線作為預應力結構的主要構件之一，其直接關系到結構的安全性。本文簡單的敘述了關于鋼絞線常見的的檢測方法和預應力錨夾具、鋼絞線檢測工作所執(zhí)行的標準。Key：無損檢測鋼絞線概述和標準引言：預應力鋼絞線由六根彎曲鋼絲以固定的螺距圍繞一根中心鋼絲捻制而成。由于具有高效、經濟、強度高、松弛性能好等特點，鋼絞線已被廣泛應用于高層建筑、斜拉索橋和預應力工程中。受長期工作環(huán)境和承載力變化的影響，鋼絞線容易產生應力腐蝕、壓痕、突發(fā)性斷裂等缺陷。作為主要受力構件之一，鋼絞線的這些缺陷將直接危害到結構的安全性和使用壽命。據(jù)調查世界范圍內的斜拉索橋發(fā)生事故時，絕大部分是由鋼絞線的失效引起的。因此，在生產和使用過程中，對鋼絞線進行無損檢測具有非常重要的意義。1.檢測方法的概述傳統(tǒng)的檢測方法，如超聲法、漏磁法，用于鋼絞線檢測時必須貼近鋼絞線表面并沿其長度方向逐點掃描，產生了檢測效率低、成本高、勞動強度大等問題。此外，針對復雜區(qū)域中的構件，如位于斜拉索錨固區(qū)中的鋼絲和巖土中的錨桿，傳統(tǒng)方法難以實施有效檢測。近年來，超聲導波技術在無損檢測領域備受關注，特別是在石化、電力等工業(yè)部門中得到了廣泛的研究和應用。超聲導波是一種彈性應力波，當其在桿、管等構件中傳播時會在界面間不斷來回反射，若遇到介質的變化會產生反射和透射，通過對反射波和透射波的檢測即可獲得構件的缺陷信息。導波技術在單點激勵就可以實現(xiàn)長距離檢測，并且導波在波導中傳播時需要對象橫截面全部質點的參與，因而可以檢測出構件的內外部缺陷。這兩個突出的優(yōu)點使得導波檢測技術不僅簡單快速，而且還適用于帶包覆層或復雜區(qū)域中構件的檢測。目前，國內外學者已經成功將導波技術用于鋼絞線的缺陷檢測，然而，導波檢測又具有一定的復雜性。導波傳播過程中伴隨的衰減、頻散、多模態(tài)等現(xiàn)象，降低了檢測系統(tǒng)的靈敏度，致使缺陷信號常常淹沒在背景噪聲中。另一方面，由于鋼絞線結構特殊，使得導波在其中的傳播更加復雜，這對缺陷檢測結果會造成一定的干擾，增加缺陷信號識別的難度。因此，研究鋼絞線中導波的傳播特性、缺陷反射波與缺陷尺寸的相互關系，不僅有助于更好的運用導波技術，還為研究鋼絞線缺陷定量檢測提供基礎。進一步尋找合適的導波信號處理方法，可以幫助提高檢測信號的信噪比，也直接關系到鋼絞線小缺陷檢測的可靠性和準確性。導波檢測鋼絞線及其組成構件的巨大優(yōu)勢和應用前景，吸引許多學者對上述問題進行了不同程度的研究。2關于預應力錨夾具、鋼絞線檢測國家標準預應力鋼絞線、錨夾具檢測的最新標準是GB/T14370—2007《預應力筋用錨具、夾具和連接器》、GB/T5224—2003《預應力混凝土鋼絞線》及行業(yè)標準JGJ85—2002《預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規(guī)程》等。這些規(guī)范標準是預應力材料生產和施工進場檢驗的依據(jù)，檢測部門必須嚴格遵守。由于一些細節(jié)在標準中沒有具體規(guī)定，實際操作時試驗檢測結果具有不確定性。3無損檢測當中鋼絞線檢測3.1鋼絞線的試驗夾具鋼絞線試驗夾具對鋼絞線最大力Fm的測定有重要影響，而Fm的數(shù)值又直接影響到錨具效率系數(shù)的計算。不同的檢測單位使用不同形式的夾具，夾具的夾持長度從80～180mm不等，夾具牙紋有點狀、細牙等，這些夾具不同程度地對鋼絞線有著“缺口效應”，導致鋼絞線提前破壞，且斷口總是發(fā)生在夾持部位，造成對同樣的鋼絞線使用不同夾具進行試驗會得到不同結果這一不合理的現(xiàn)象。GB/T5224—2003規(guī)定：“如試樣在夾頭內和距鉗口2倍鋼絞線公稱直徑內斷裂達不到本標準性能要求時，試驗無效?！眴栴}在于對于“有效”的試驗，雖然達到了標準規(guī)定的性能指標，鋼絞線材料檢驗合格，但由于沒有真正測出鋼絞線不受損傷情況下的最大力，因而也不能夠準確地測量出鋼絞線受損傷情況下錨具的錨固效率系數(shù)。那么有沒有使鋼絞線不受損傷的夾持形式呢？目前解決這個問題使用較多的辦法是試樣夾持部分包裹一層金剛砂，再使用鋁片作為墊片，以防止夾具牙紋對鋼絞線的損傷，同時最大程度地握裹住試樣，阻止試樣打滑，試樣夾持部位完全沒有損傷，只是由于摩擦的緣故，變得有些粗糙，部分試樣更是斷在中部，斷口有頸縮，呈塑性斷口狀。值得注意的是：由于鋼絞線在拉伸試驗過程中，金剛砂脫落，下鉗口轉軸內會被落入的金剛砂劃傷，故下鉗口應覆蓋1層橡膠防護罩，并應在每次試驗后及時清理落下的金剛砂。建議今后修訂標準時增加有關試驗方法、夾具形式的內容，以減少由于試驗方法不同所造成的試驗結果差異。如何避免“缺口效應”，本人所在的試驗室采取另外一種辦法，使用平推鉗口的萬能試驗機，該形式的萬能機上下兩個鉗口都配有平推油頂，每個油頂?shù)膴A持力在開始拉鋼絞線的時候能達到1000kN（100噸），這樣在試驗的時候只要在鋼絞線兩端夾持區(qū)墊上鋁片即可，省去涂抹金剛砂效率大大提高，且鋼絞線試驗過程中不會被咬斷。3.2鋼絞線的彈性模量鋼絞線的彈性模量在GB/T5224—2003第7.3.5條的參考值為（195±10）GPa，但不作為交貨條件。實際上，彈性模量作為預應力施工張拉伸長量計算的重要數(shù)據(jù)，是試驗中的必測項目。鋼絞線的截面積是使用標準中所提供的參考值還是用實測值，這在檢測部門一直存有分歧。按GB/T228—2010《金屬材料室溫拉伸試驗方法》的規(guī)定，應該用實測面積，但對于如圖3所示的鋼絞線截面，如何才能準確地測量出其截面積呢？方法之一是分別測量7絲的面積，然后相加。筆者建議用稱重法測量面積，或是先測量圖中對角直徑d，然后按表1取值作為鋼絞線的實測面積。但由于存在間隙，對角直徑d難以精確測量。圖3鋼絞線截面示意3.3引伸儀標準鋼絞線彈性模量測量使用的引伸儀標準中未作規(guī)定，各檢測單位所使用的引伸儀標距100～600mm不等。然而鋼絞線結構特殊，捻距約為170mm，因此只有引伸儀標距大于200mm時，變形的測量才不會受到鋼絞線結構特性的影響，從而提高鋼絞線彈性模量測量的準確性。引伸儀的夾持方式也應注意。通常引伸儀的刀口是平直的，用橡皮筋固定只能夾持鋼絞線7絲中的2絲，由于各絲變形有一定程度的不均勻性，因此對彈性模量的測試還是有一些影響，建議使用用螺紋固定的環(huán)形卡式500mm標距的引伸儀。4結語鋼絞線在世界范圍內被普遍用于鋼筋混凝土和斜拉橋的制造中。在惡劣的工作環(huán)境下，鋼絞線經常產生腐蝕，斷絲等缺陷。這直接關系到預應力結構的安全性，所以對鋼絞線及其組成的構件進行了實驗研究具有重要的現(xiàn)實意義。Referen