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输电铁塔损伤改该怎么检测

2022-05-17 17:22:31
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    随着我国经济的高速发展和综合国力的增强,土木工程结构也向大型化、复杂化发展,例如大型海洋平台、高耸建筑、大跨度桥梁、特高压铁塔等新型复杂结构的出现,对于保证它们的可靠性就显得非常重要。这些大型结构使用期长达几十年、甚至上百年,环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的祸合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减,从而抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降,极端情况下引发灾难性的突发事故。随着传感技术和计算机信息采集和处理技术的发展,近年来,采用结构健康监测技术对重大工程结构的工作状况进行长期监测的必要性和有效性逐步得到土木工程界的认同,许多进入服役中晚期和新建的重大工程结构采用了有效的健康监测系统进行损伤定位和安全状况评估,从而为及时采取修复和损伤控制措施提供科学决策依据。

由于地震、火灾、咫风、冰雪等自然灾害或长期疲劳、腐蚀的作用等原因而使结构产生不同程度的损伤和破坏,对工程结构的健康状况进行监测、诊断是进行日常维护、管理以及维修、加固的基础。近年来,对重大土木工程结构的健康状况展开研究不仅是欧美国家也是我国正在重点研究的课题。1965年以来我国各地相继发生的几次大地震以及2008年特大暴风雪,使土木工程界认识到,对于已有高耸建筑物的抗震和抗极端天气性能需要重新认识和评估,此外由于生产工艺的变更和改革,使用条件的变化以及荷载标准的提高也要求重新评定结构的健康状况。

输电线路基础设施系统的检测与诊断,对于保障人民生命财产安全意义重大。由于它们尺寸巨大,并且时刻都暴露在恶劣环境之中,易受自然灾害的影响,结构损伤检测需要耗费大量人力财力。而智能结构健康监测系统能够实时监测与预报,节约了损伤检测与维护费用,自动化测量,保障了测量的可靠性;停工减少与可靠性增加,保障了桥梁结构的运营效率,大大降低了运营费用。大量事实证明,长时间使用或灾后造成的结构内部损伤很难发现,如果采用特定的结构损伤检测技术,及时报告结构损伤状况,对整个社会带来的利益是巨大的,也能够为灾后维修与重建提供科学的数据。国际上发达国家基本建设分为三个阶段:第一阶段为大规模新建;第二阶段为新建与维修改造并重;第三阶段重点逐渐转向旧建筑的维修改造。我国已开始步入基本建设重点转向旧建筑物维修改造的第三阶段。而要确定哪些建筑物需要进行加固、维修或是重建,并制定出最优加固方案和维修策略,则必须正确地诊断评估这些房屋建筑的破损状态,预侧下一个目标使用年限内结构的可靠度,这有着重大的社会效益和经济效益。

 

  目前较为成熟的裂纹无损检测技术有超声波检测、磁粉探伤检测、射线检测、涡流检测、渗透检测、声发射技术以及视觉技术等,其中视觉技术只能检测表层裂纹,上述其他检测技术从理论上来说都可以检测构件的表层和深层裂纹,但由于其各自操作规程的特殊性以及对检测对象的具体要求,在实际使用中都会受到测试条件、测试场合、对象结构、表面质量状况等的限制,使得以上方法在实际中并不能通用。尤其是对在役铁塔的裂纹检测时需要进行高空作业,要求检测技术要尽量简便,设备便于携带、易于操作、对工况的要求要低。下面分别介绍几种检测方式。

超声波检测

超声波检测是利用超声波的良好的方向性,释放超声波能束十分集中,同时在大多数不同介质的界面上能够产生消耗声波比例较小的反射效果、折射效果等,也十分方便的实现对超声波形的转换;对于输电铁塔的金属结构,超声波检测基本可以实现全部反射,并实现发射超声波信号的良好接收,超声波检测仪器的探头接收到反射的超声波信号时,信号经过仪器内部处理就会显示在输出屏幕上,而显示在屏幕上的是被测物体的相关缺陷的显示波形以及实际数据,依靠上述输出的波形和数据就可以很容易的分析出被测物体损伤的具体情况,包括损伤的具体位置,损伤的形状以及深度情况。超声波检测对平整型结构的损伤检测,裂纹检测,夹层检测的效果较好,灵敏度较高;但对于工况较为复杂,被检测构件形状较为不规则且光洁度较差的构件,检测效果较差;同时在检测时,需要添加与之配套的耦合剂,用来填充超声波探头与被测构件之间的间隙,进而实现超声波的声耦合作用以及对构件内部裂纹的良好的检测目的。

磁粉探伤检测

磁粉探伤是利用磁化效应原理实现其损伤检测的,当被检测构件处于强磁场中,其就会受到磁感应力作用,如果构件上面存在裂纹缺陷以及其他缺陷时,就会对磁感应力产生极大的阻力,进而使磁感应力在其附近形成漏磁反应。使用磁粉探伤检测时,将磁粉(当前绝大部分设备使用带有强磁性的氧化铁磁粉)均匀的涂抹到被检测构件上,此时含有裂纹缺陷的构件就会吸收一部分磁粉,形成一定的特殊痕迹,再利用磁粉检测装置进行检测就可以得到详细的缺陷信息。磁粉探伤检测根据其特殊的检测模式可以看出该检测只适用在对磁性作用力有响应的构件上,同时该检测只能检测出损伤构件的损伤形状以及裂纹长度,对于裂纹深度不能予以显示;同时,对于受磁力影响较大的被检测构件在检测之后需要进行相关清理工作,因此不适用与在高空中对输电铁塔进行检测。

涡流检测

    涡流检测就是利用电磁感应相关原理,即用电流冲击被测构件(金属类)时,所施加的正弦波会在被测构件附近产生电磁感应,该电磁感应电流是以冲击点为中心呈同心圆分布的,故称之为涡流,该涡流存在电阻损耗并产生响应磁通,当探头线圈在被测构件表面进行探测时,如果构件存在缺陷(尺寸缺陷,裂纹损伤等),其所产生的响应磁通就会产生不规则变化,造成探头线圈的阻抗也随之改变,进而显示构件的缺陷方式。涡流检测属于非接触式检测,能够较好的实现对被测金属构件表面是否存在缺陷裂纹等的检测。

渗透检测

渗透检测是利用液体对固体的渗透现象而实现的检测方式,当液体与固体接触时,由于两种物体不同的特性,液体会沿着固体内部的毛细构造进入到固体内部并将其湿润;使用渗透检测时,用相关溶液湿润并渗透被检测构件中,再清理掉多余的溶液,并用显像溶剂涂抹在被检测处,该溶剂作用是将渗透到被检测构件中的溶液吸取出来,并把被检测构件的缺陷情况在显像溶剂中以特殊的颜色显示出来。渗透检测具有简单、经济、实用以及直观的特点,对大型被测构件以及不规则构件的检测十分便捷;但是也存在一定的缺点,就是只能对构件的表面进行检测,操作较为复杂。

射线检测

射线检测就是利用穿透性强的射线对构件实现检测,一般采用x射线或者Y射线对被测构件进行照射,在被测构件对面侧放至底片,射线经过被测构件后会在底片处成像,经过内部操作后会显示出被测构件的缺陷情况。射线检测的检测效果较好,但是其造价较高且不适用与高空检测。

声发射检测

    声发射检测是利用激励被测构件内部释放能量波而实现检测的,对被测构件进行加载,构件材料内部会迅速释放出弹性能量波,该弹性能量波可以被传感器检测并显示出被测构件的缺陷情况,一旦存在缺陷就会随之进行定位,该检测方式对技术人员要求较高,严重依赖经验、相关理论知识以及相关试验的配合,操作性负复杂,不适用输电铁塔的损伤检测。

    综上所述,对于在役输电铁塔的裂纹检测从理论上而言,超声波检测、磁粉探伤检测、射线检测、涡流检测、渗透检测、声发射技术检测等上述六种方法都可行,但磁粉探伤与射线检测工序繁杂,效率较低,无法在空中一次性完成检测任务,予以放弃;声发射检测需对铁塔进行激励且对工作人员技术要求很高,使用受限,予以放弃;涡流检测对表面裂纹检测具备一定的优势,但对内部裂纹检测效果较差,予以放弃。经实验验证,超声探伤对塔材裂纹检测效果较好


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