基于被动波动方法的足尺拉索断丝识别研究

发布时间：2020-08-22 01:59

【摘要】：拉索,包括钢绞线索和钢丝束索,是大跨度缆索支撑桥梁结构的主要连接和承重构件。拉索在车辆荷载、气候因素等复杂外界环境下,易产生各类损伤和损伤扩展,并且一旦发生损坏,将会产生严重的桥梁安全问题,甚至引发安全事故。关于拉索的损伤识别,有多种检测和监测方法,比如人工检测、漏磁检测、超声检测、光纤光栅监测、声发射监测等;其中声发射技术属于被动监测,相对其他常规无损检测方法有着明显的优势,比如具有高灵敏度、整体性、动态检验、适应性强、操作简单等优点。以往有关拉索的声发射监测试验,多用缩尺模型,研究方法主要依赖传统的声发射参数分析方法。和传统拉索声发射监测相比,本文有如下创新点:1)本文的研究对象为60m的足尺拉索,更加接近实际情况;2)本文以波动方法为理论基础,利用小波变化对信号进行时频分析。本文的主要研究内容有:(1)将钢绞线索和钢丝束索看作螺旋杆和圆柱体的组合。理论和数值分析了螺旋钢绞线单丝、单直钢丝和平行钢丝束中弹性波传播特征。计算得到单根钢丝中的导波频散曲线,通过模拟对比直钢丝和螺旋钢丝中弹性波传播模态的不同。(2)短拉索模拟断丝信号特性研究。研究内容包括短拉索和单根钢丝的激光超声试验。利用激光超声模拟断丝信号,研究弹性波在短拉索上的传播特性,研究发现,缩尺模型上的弹性波波速接近理论波速;波动信号通过护套后,能量衰减,高频成分衰减较快;传感器在钢丝束索的环向位置不影响监测效果。(3)足尺拉索断丝信号特性研究。首先对足尺拉索敲击试验,研究弹性波在足尺拉索中的信号特征和衰减规律,得到波动信号的能量衰减曲线。电化学腐蚀后,足尺拉索进行张拉破坏试验,研究发现:平行钢丝束索,钢丝和护套上断丝波动信号都符合指数衰减规律,当波动信号通过护套时,能量衰减,频率略有降低,信号高频成分衰减较大;传感器环向布置不影响监测效果;锚具上波动信号和索体上幅值频率相同,波形差异较大。钢绞线索,研究发现,护套对于钢绞线索的波动信号影响较大,当传感器布置在钢丝上时,波动信号没有明显衰减,而布置在护套上时,信号符合指数衰减规律;和钢丝束索一样,锚具上波动信号和索体上幅值频率相同,波形差异较大。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441
【图文】：

束索、平行钢缆索、钢绞线索等。钢绞线由多根钢丝绞合而成，表面根据防腐蚀的需要增加镀锌层、镀铜层、环氧树脂等；根据钢丝数量的不同，可以分为 2、3、7、19 丝等结构，其中最常见的是 7 丝结构。平行钢丝束索和钢绞线索类似，内部为高强镀锌钢丝，外层为高聚合乙烯（HDPE, High Density Polyethylene），主要有19、37、55、61、73、85 丝等，如图 1-1 所示。

图 1-2 拉索断裂导致的桥梁破坏上述案例，大量在役桥梁拉索仍然存在安全隐患。上世纪末，国内兴桥，拉索结构即将达到 20-30 年的寿命期限，需要对拉索进行检查钢索外有 PE 护套等保护，无法直接观察到拉索内部钢丝的情况，因

钢丝电化学腐蚀中，坑蚀是最为严重和常见的[8]。坑蚀形状大致分为两类：马鞍形和椭球形，如图 1-3 所示。钢丝的腐蚀程度和蚀坑深度和密度关联如下：对于腐蚀程度相同的钢绞线，浅、短、中宽的蚀坑居多，随着腐蚀程度增大各蚀坑的尺寸逐渐接近，向中等值靠拢。2007 年，Darmawan 利用通电腐蚀钢绞线，同样得到了相应的坑蚀特征[9]。

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本文编号：2800120