损伤检测（精选10篇）
损伤检测 篇1
变压器在工作时难免会受到各种意外情况的形成的短路电流的损害。如果短路故障发生在离变压器不远的线路上的时候, 将有巨大的不均匀的纵向和横向电动力作用在变压器的线圈绕组上, 可能导致了绕组发生扭曲、鼓包等变形现象和移位。另外, 因为在运输和安装等过程中发生碰撞和挤压等原因, 也有可能损害和移位变压器的线圈绕组。因此, 有效的对变压器是否形变以及形变的情况做一个准确的判断和测定, 是电力测试实验的一项重要工作。
1 变压器绕组线圈变形带来的危害
如果绕组线圈内部的机械结构不牢固, 就会产生凸出, 扭曲等形变, 严重时可能导致突发性损害事件。在严重的短路电流的冲击下, 变压器发生了形变, 就算没有马上产生危害, 也为以后的事故埋下了隐患。虽然有时候绝缘距离没有发生改变, 但是绝缘体材料的绝缘特性已经发生了改变, 有时导致局部的击穿放电, 如果加之雷电产生的电压, 有可能产生栟间击穿放电现象, 导致绝缘体放电事故的发生, 有时候虽然变压器正常运行, 但是由于放电缓慢而长期的作用, 导致绝缘体损伤而产生击穿放电;如果变压器线圈绕组的轴发生了机械损坏, 当再次遇到短路击穿电流时候, 将无法承受而发生机械损害。
因此, 及时的发现存在问题的变压器, 进行变压器绕组线圈的损伤实验, 并进行有计划地检修和吊罩验证, 可以节省大量的财力物力, 防止变压器意外事故的发生。
2 变压器线圈损害的特点
对损害的变压器的事后分析和检测经过大量的总结和实验, 发现变压器绕组线圈变形是导致各种损害的原因。若变压器的绕组已经被损害但是没有被及时的发现而继续运行使用, 那么有可能造成事故的发生, 轻者造成停电, 重的可能使得变压器发生烧毁和融化。造成变压器绕组线圈变形的原因很多, 有些是因为机械特性和工艺强度不够、绕组线圈不够紧密、承受外部机械冲击和短路电流冲击的能力不强等。由此可知变压器绕组线圈变形的客观原因主要是外部机械冲击和短路电流的破坏, 其中最多的是变压器短路电流的冲击如果短路电流过大, 则产生的点动力有可能使得绕组线圈变形甚至崩溃。
3 变压器绕组线圈损害的原因
电力变压器线圈通常是由以绝缘垫块隔开的铜和铝线段所构成的, 这种系统的特性在发生短路时是变化的, 因为绝缘垫块的弹性跟其压紧程度有关, 即与压力有关。理论分析说明, 作用在变压器线圈上的电动力可分为轴向 (纵向) 力及径向 (横向) 力两种。径向力的作用方向取决于线圈相互位置和其电流方向。对双线圈变压器而言, 径向力使得外部线圈拉伸, 而压紧内部线圈。为了加强内部线圈对径向力的刚度, 一般是将线圈绕制在由绝缘筒支撑的撑条上。此时, 该线圈不但要承受压缩应力的作用, 而且同时受到撑条所产生的弯曲应力作用, 出现经常见到的梅花状和鼓包状绕组变相现象。
变压器线圈受到的轴向力可使线段与线匝在竖直方向弯曲, 压缩线段间垫块, 并部分的传递到铁轭, 意图使其离开芯柱。通常, 最大的弯曲力产生在位于线圈端部的线段上, 而最大的压缩力则出现于线圈高度中心的垫块上。
如果变压器在运行过程中遭受突发性短路故障电流冲击时, 每个线圈都将受到强大的径向力与轴向力的共同作用。变压器绕组初始故障的变现形式大多表现为内绕组出现的变形, 尤其是对自耦变压器, 发生鼓包, 扭曲和移位等不可恢复的变形现象, 其发展的典型形式是绝缘被破坏, 随后出现饼间击穿, 匝间短路和主绝缘段放电或完全击穿。
4 变压器绕组损害的检测方法
变压器绕组发生局部机械变形后, 其内部电感、电容等分布参数必然发生相对变化。最初使用的绕组变形诊断方法是集中参数检测法, 它是通过测量绕组的电感即漏抗、短路阻抗等集中电气参数的变化来判断变压器绕组是否发生了变形的。
近年来国内外大量的研究都利用网络分析技术, 通过测量变压器中各个绕组的传递函数H (jω) , 并对测试结果进行纵向和横向 (三相之间) 比较, 可灵敏有效的诊断绕组的扭曲, 鼓包和移位等变形现象。可利用现代网络分析技术, 通过测量传递函数H (jω) 来判断变压器绕组变形的方法, 可以分为低压脉冲法 (简称LVI) 和频率响应法 (简称FRA) 两种。
4.1 脉冲法
其原理是变压器的一端对地加入标准信号, 同时用数字化设备测量绕组两端的对地数字信号强度:VO (t) 和Vi (t) , 并进行相应的计算和处理, 最终得到h (t) 和H (jω) 即变压器绕组的传递函数。
4.2 频率响应分析法
频率响应分析法的方法就是在变压器的两端输入不同频率的波VS, 用数字化的测量设备记录输入的信号的波形函数:Vi (n) 和VO (n) , 对数据进行计算和处理后得到不同频率的传输特性H (n) 。
电力传输系统中的变压器的传输函数主要取决于其内部的电感和电容的分布情况。我们可以选用频率在10KHz~1MHz的的信号进行扫描测量, 选取500以上的线性分布扫描点进行分析和记录将会有较好的效果。
由于频率响应法主要是建立在变压器的绕组线圈对不同的频率信号的反映不同的基础上的, 由此而绘制出变压器的频率响应特征图, 就要求测量测试系统具有极高的精确的和稳定性, 并具有一些专业的专门的诊断功能才行。目前已投入使用的测试系统中, 大都采用进口的高性能硬件来保证线路的可靠性和稳定性, 采用先进的数字技术进行处理, 测试系统本身具备较好的抗干扰能力和较高的精确度。
5 绕组线圈损害的诊断方法
频率响应分析法来诊断变压器绕组线圈变形的主要原理是利用变压器变形的线圈对不同频率的输入信号有不同的响应的基础上的, 若一台变压器在突发性事故短路后测的的频率响应特性结论和事故前的频率响应特性情况一致, 则表明本次故障并没有对电路线圈产生损害。
这是一种检测和判断变压器的新方法, 在国内也已经开展了几年了, 得到了各方面的重视, 但目前仍处于经验积累的阶段, 在实际应用中还存在一些问题。还有由于测试所用接线电缆为专用的电缆, 设计时对其电气参数考虑较充分, 但在实际应用中电缆和其接头牢固程度不足, 导致测试结果重复性不好, 需要反复测试。这些实际应用中发现的不足若能进一步改进, 将能使变压器绕组变形测试技术变得更完美的应用, 使它发挥更大的作用。
摘要：本文阐述了变压器绕组因损伤后产生了形变以后的危害, 产生形变的特点及其原因特点。本文主要是介绍响应频率分析法的判断途径和应该避免的问题。根据频响特性曲线的不同情况可以判断损伤的严重性, 但检测时应该注意细节分析和比较, 否则将判断失误。
关键词：变压器绕组损伤,响应频率,电动力,绕组
损伤检测 篇2
基于模态频率和神经网络的结构损伤检测
把结构损伤识别问题分为损伤辨识、损伤定位、损伤程度标定三个子模块,对每个子模块用模态参数构造对损伤敏感的标识量,并作为特征参数输入到神经网络中实现损伤识别.将优化的.BP网络和频率相结合成功地实现了矩形梁的损伤检测,为结构健康监测研究提出一条新的技术途径.
作 者：万小朋 王军强 赵美英 作者单位：西北工业大学,民航工程学院,陕西,西安,710072刊 名：西北工业大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY年，卷(期)：200321(2)分类号：O327关键词：振动模态 神经网络 损伤识别 结构健康监测
损伤检测 篇3
关键词：应变模态；无损检测；纤维金属层合梁；损伤
中图分类号：TB333文献标识码：A
结构在建造过程与服役期间将不可避免的出现损伤.在初始阶段，损伤表现为微小裂纹，一般难以发现，随着微小裂纹的演化，损伤将表现为可见的裂缝、脱层等，这将轻则影响结构的力学性能，重则导致结构完全失效而引发重大事故发生，造成人员伤亡和经济损伤.因而，检测结构损伤的大小及位置，评估结构的整体性能，从而对结构及时进行有效的维护，具有重要的工程实际意义.
随着振动理论、计算机技术及信号处理技术的发展，结构损伤检测技术的有效性与应用领域不断增长.根据检测目标不同，可以将损伤检测分为两类，一是局部检测，比如：X射线技术、超声波技术、无线电成像技术等；二是整体检测，比如：频率法、结构矩阵修改法、神经网络法、应变模态法等.根据应变具有对损伤敏感的特点，通过比较损伤结构和完好结构的应变模态变化来判断结构损伤大小和位置，即为应变模态法.相较于传统的检测手段，应变模态法对损伤检测非常有效，且可以检测结构内部损伤以及工作人员无法到达位置的损伤，从而成为工程应用及科学研究的热点.
通过对混凝土矩形简支梁进行位移与应变模态实验，顾培英和丁伟农[1]发现应变模态相较于位移模态对损伤灵敏度更高，且应变模态对非节点损伤非常敏感；徐丽[2]对框架结构进行应变模态实验研究，分析了一阶和二阶应变振型对识别损伤存在、位置的灵敏度；通过仿真计算，邓焱和严普强[3]发现应变模态明显地反映损伤存在、大小及位置，同时低阶模态振型由于其较易获得，从而在实桥检测中受到更多关注.周先雁等[4]应用应变模态法对钢筋混凝土结构损伤识别进行了初步尝试，根据损伤状态下的动应变相对于完好状态下的变化量进行损伤定位.王文静等[5]通过对悬臂梁结构进行位移模态分析、应变模态实验分析及有限元计算，验证了三者识别的模态参数基本一致，而且应变模态分析方法可以确定结构应变最大点和共振疲劳危险点.基于应变模态变化率，赵才友等[6]对钢轨的损伤位置及损伤程度进行研究.包振明等[7]采用光滑应变模态差分曲线诊断梁结构的非贯穿损伤.更多的研究[8-12]利用应变模态，对不同材料和结构进行了无损检测，但目前应变模态法主要应用于均质材料的损伤定位分析，鲜有文献报道应变模态法用于非均质材料，如复合材料的损伤检测分析.
本文首先对应变模态法的理论进行了介绍，理论上证明了采用应变模态法对损伤进行检测的合理性.然后，通过对预置损伤复合材料层合梁进行动态加载，利用MATLAB编程处理试验数据，从而得到结构的损伤模态曲线.试验结果精确反映了预置结构损伤的位置，从而证明了应变模态法对复合材料层合结构损伤检测的准确性.最后，基于损伤理论，利用有限元软件ABAQUS对损伤纤维金属层合梁的模态进行分析，进一步证明了采用应变模态法对复合材料层合结构损伤检测的可靠性.
1理论模型
1.1损伤理论
Murakami[13]建立了基于连续介质损伤理论的三维正交各向异性疲劳损伤的本构方程，以及用损伤应变能释放率表示的损伤演化方程，有效应力
与Cauchy应力σ的关系为
1.2应变模态法介绍
由振动力学理论可知，连续体梁式结构的位移响应u为：
应变传递函数矩阵（13）中的任一列代表结构应变振型，为获取该应变振型，只要在结构的任一个固定点以r阶固有频率激振，测量激振力和结构对应点处的应变响应，然后将应变除以激振力，进行归一化处理后，获得r阶的应变振型.传递函数矩阵（13）的任一列和任一行，都包含了Mr，Cr，Kr和一组Φr或Ψr，每行或每列相差的只是一个常量因子，为了求出模态矢量，只需测出传递函数的某一列或一行元素.
2应变模态检测复合材料层合梁的损伤检
测实验
本节通过对损伤金属梁的动态应变检测，利用应变模态法对数据进行处理，并通过分析应变模态曲线找出结构损伤信息，以此证明应变模态法在损伤检测中的可行性.本实验设置了无损和有损层合复合材料梁，梁的几何尺寸均为600 mm×50 mm×8 mm， 边界约束均为一端固支，一端简支.为了进行损伤程度的对比，本实验设置了4根不同损伤程度的梁进行实验测试.损伤的预置为切割机切割出的一条表面割痕，位于距梁一端为163 mm处，割痕为梁横向贯穿（如图1所示），损伤的宽度和深度分别为：0.3 mm×0.5 mm；0.3 mm×1.0 mm；0.5 mm×0.5 mm；0.5 mm×1 mm.在测试过程中，将梁沿轴向均匀分为9等份，在等分点上布置8个测点，并通过图2的8通道动态测试仪进行信号采集.
2.1加载和数据采集
根据前面理论所述，在结构某固定点以r阶固有频率激振，测量激振力和该点的应变响应，将应变除以激振力，可获得应变传递函数的1列，再进行归一化处理后，获得第r阶频率的应变振型.实验过程中采用锤击方式加载，敲击方式为等时间间隔敲击，然后连续敲击，由此激励起结构尽可能多的模态.为了减少噪音影响，我们采用接地线处理，减少噪音影响，并通过调试仪器将噪音减少到可接受范围内.
2.2数据分析
由各个测试点所得到的应变时程响应均包含了多阶模态，如果要得到各阶模态曲线，进行损伤分析，首先需要进行模态分离，再分别将数据拟合成各阶模态曲线.在模态分离时，将检测数据保存为TXT文件，然后导入MATLAB为后面的数据分析做准备.对于模态分离，本实验采取的方案是首先将数据进行幅频变换得到各个测点应变时程响应数据的幅频特性.由实验分析的不同测试点的各阶频率获取相应频率的振幅，然后通过插值法或者拟合法即可以得到对应于该阶频率的应变模态曲线.由于本文实验中结构损伤只是局部地影响结构，如果采用拟合法会掩盖这些局部的特征，因此，本文采取三次样条函数插值法来获取结构的应变模态曲线.
图3所示为采用应变模态测试得到的有损和无损纤维金属层合梁不同阶的应变模态位移.图中横坐标为测点号，纵坐标为归一化应变值（下同）.由于梁两端均为面内不可动约束，其应变值取为零，结合所采集8个通道数据（如图所示共10个点）进行模态分析.本实验中仅测试了梁的纵向应变，其应变模态曲线由梁的纵向应变插值而成，因而无法反映出梁的面内扰动和扭转模态振型（第3，5，7阶模态），
即损伤只能正确反映于第1，2，4阶应变模态（如图4所示）.从第1，2，4阶有损和无损复合材料层合梁的模态曲线比较图中，可以看到在测点3附近模态曲线发生了变化.由于损伤的影响，结构的刚度被削减，从而导致结构的频率减小，相比无损情形，有损梁的模态在损伤区域发生了突变.从图中还可以看出，随着损伤宽度和深度的增大，模态位移的变化越明显，当损伤的宽度和深度为0.5 mm×1.0 mm时，模态位移在测试点3附近变化最明显.
3数值分析与结果讨论
在检测纤维金属层合梁损伤实验前，先采用大型通用有限元软件ABAQUS对梁的模态进行计算，材料为铝夹层复合材料层合梁，梁夹芯为纤维增强复合材料，铝的材料参数设置为E=70 GPa，μ=0.3，ρ=2.5 g/cm3；纤维增强各向异性复合材料常数为E1=276 GPa，E2=6.9 GPa，E3=5.2 GPa，μ12=0.25，μ13=0.25，μ23=0.25，G12=3.4 GPa，G13=3.4 GPa，G23=3.4 GPa，ρ=2.9 g/cm3.在数值模拟过程中，纤维增强夹心层设置为15层；边界条件设置的是两端固支.
建模过程中，为了更加精确地模拟试验过程中的一边夹支和一边简支的边界条件，本文将模型夹支区域一端上下表面单元完全约束z方向位移模拟面内可动简支，另一端将上下表面单元三个自由度完全约束模拟夹支支撑 （如图4和5所示）.对于梁的损伤和无损伤区域采用不同材料模型，对于具损伤区域，采用考虑损伤的材料模型，对于损伤判断采用强度破坏判据.
（a）上面板，（b）纤维铺层，（c）下面板
图6给出了有限元模拟的具损伤纤维金属层合梁的第1，2和4阶模态振型.在测试过程中模态曲线是由沿梁纵向应变插值而成，因此无法正确反映出梁的面内扰动和扭转模态振型，为了与实验测试进行对比，仅提取了有限元第1，2和4阶模态进行分析.表1给出了具损伤和无损伤的纤维金属层合梁的频率.表中显示了有损伤纤维金属层合梁的频率小于无损纤维金属层合梁的频率，这是由损伤导致梁的刚度降低造成的；且从图可以看出实验测试的数据与有限元结果吻合很好.
4总结
基于多自由度振动力学，本文通过预置损伤复合材料层合梁的动态加载试验，测得结构的损伤应变模态曲线.数据处理结果精确反映了预置结构损伤的位置，由此证明了应变模态法能够应用于复合材料层合梁的损伤定位.然后基于有限元软件ABAQUS，利用连续体损伤理论对损伤纤维金属层合梁的模态进行分析，更进一步验证了当前应变模态法对损伤层合梁的损伤定位的可靠性.从测试结果可以发现由于损伤的影响，损伤区域的应变模态曲线会发生突变，损伤导致的刚度削弱使得模态位移增加，而相应的结构频率降低.当预制损伤程度越大时，反应在应变模态曲线上的突变更加明显，因此，通过定量分析无损和有损应变对模态曲线的影响，可以定量地测试结构的损伤程度，这是我们接下来将开展的工作.
参考文献
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桥梁悬索损伤检测系统研究 篇4
随着我国社会经济建设的迅速发展,大跨度悬索桥越来越多。当悬索桥建成后,由于大桥长期暴露在空气中,悬索内部钢丝束也因空气中的水分和其他酸性物质而受到腐蚀,甚至出现断丝等现象,从而危及到桥梁的安全[1]。目前,大多数对悬索桥的检测和维护还不完善,检测的手段仍主要使用人工完成。为此,采用有效的方法和手段对悬索桥进行检测和评估是至关重要的。本文根据参与的横向合作项目“桥梁斜拉索检测机器人的开发与应用”的研究,利用检测机器人中的磁敏传感器检测并获取信号,采用特征信息采集和分析技术,实现完全自动化的检测工作。
本文设计的检测系统,除了必要的磁性传感器和A/D转换模块外,其它的工作模块,包括检测数据分析处理、实时地不间断检测、特征信息分析、检测视图化和检测结果报告等工作,都是由计算机软件完成,节省了成本,方便了操作过程。
1 检测系统设计方案
检测过程如图1所示。
检测系统包括三个模块和一个软件:传感器模块、A/D转换器模块、数据传输模块以及PC机中的检测数据处理软件。
检测原理如下:当磁性传感器在桥梁悬索上移动时,检测器中的高磁能磁铁快速把悬索内部的纲丝束深度磁化至饱和状态,钢丝束的损伤或断丝所引发的漏磁场,由磁敏传感器检测并获取信号。输出所获取的检测信号,经放大滤波、误差补偿等预处理后,得到计算机所能接受的信噪比,传到A/D转换器,并将模拟信号转换成数字信号,再通过RS232串口向PC传输数据;最后采用检测数据处理软件分析数据,进行视图化显示,获取检测结果报告。
2 信号采集与处理
2.1 传感器模块
本文采用目前世界上应用最为成功的无损检测方法的原理进行检测。首先通过永久磁铁把钢丝束磁化到饱和,如果钢丝束有损伤或断丝,会产生向外泄露的漏磁场。通过环状聚磁器将空间分布的强弱漏磁信号聚集,引导到多个检测霍尔元件组成的检测电路中[2]。在检测系统中选择了霍尔HMC1022磁阻传感器,在弱磁场下灵敏度最低0.1mT,高出实验灵敏度最低1mT,因此可以被用来测试电缆。霍尔HMC1022磁阻传感器能接受磁能量微小变化的信号,通过检测霍尔元件电压变化,可间接测得霍尔元件发出的信号,霍尔元件的输出电势可表示为[3]:
VH=KHIB (1)
其中, KH为霍尔元件的灵敏度系数,取决于霍尔元件的材料及其厚度; I为霍尔元件的驱动电流; B为沿霍尔元件表面法向的漏磁感应强度。
霍尔HMC1022磁阻传感器检测到的磁电信号通过放大器AD623放大,预处理后传输到A/D转换器。
2.2 中值平滑滤波处理
在经过磁敏传感器检测取得信号后,由于信号中有各种外界干扰和噪声,要进行预处理。在检测系统中,对信号进行了中值平滑处理,以此来剔除信号中可能出现的短促干扰信号和信号中无意义的野点信号。
假设Median为中值函数; x(m)为采样信号结果; u(m)平滑器的输出为:
y′(m)=Median[x(m-1),x(m),x(m+1)] (2)
中值平滑滤波处理几乎完成去掉了脉冲噪声,它克服了单一使用中值滤波处理的降噪效果一般和平滑滤波处理对边缘细节处理不佳的问题。中值平滑滤波处理算法简单,速度也很快。图2和图3分别是处理前后的波形图。
3 特征信息的选取
经过预处理后的漏磁检测信号可以用来对是否有损伤进行评判[4]。由于钢丝束结构的复杂性,导致检测信号的强弱也极其多样和复杂。但其中具有特征性质的主要信息是信号的峰值、波宽以及波形面积等,如图4所示。
钢丝束如果出现损伤,在其局部都存在一个信号峰值,而断丝信息的峰值通常要高于一般损伤的信号峰值。信号的峰值为:
p=max[y(m)]
信号的峰值反映出了信号的幅度,如果要进一步描述信号的状态和纲丝束受损程度,除了考虑信号幅度方面的因素以外,还需要考虑空间分布的情况。最简单的空间公布参数是波宽,使用波宽指标来衡量钢丝束损伤程度是非常有效的。假设定义一个阈值电压Vy,波宽W的阈值波宽为:
式中,n为一个波动中的采样点数,Vy为阈值电压。
波形面积是指一个阈值波宽的信号峰值之和,它与波动信号的均值相关,如图4所示的阴影部分。它是一个既考虑幅度信号,又考虑宽度信号两方面的综合因素,是一个评判纲丝束损伤程度的重要特征信息。波形面积S为:
4 检测系统设计与实时显示
检测系统的设计选用了C++ Builder 6,它是一款快速应用程序开发(RAD)工具,其编程语言是C++。它是一款面向对象的结构化语言,编程效率高,执行速度快,是目前最先进的组件技术和面向对象的高级语言之一。另外,C++ Builder 6开发了一种成熟的数据库链接技术,即BDE数据库引擎,这使得C++ Builder 6具有强大的数据库处理功能,使程序员可以非常容易地开发出功能强大的数据库应用程序。在检测系统中,有两个主要功能部件:特征数据库和实时显示。
4.1 特征数据库
由于斜拉桥是最近几十年才兴起的新型桥,对悬索要求还没有较完善的标准,对不同桥梁所使用的悬索纲丝束和外套都有所不同。为了提高系统的适用性,根据不同的纲丝束与外套材料分别建立特征库数据。选用Access作为特征数据库,其主要属性有峰值、阈值、波宽以及波形面积等。特征数据库如图5所示。
针对某一种特定的纲丝束和外套材料,可以通过实验获取一组特征数据值,编入数据库,指定一个特定编号。在检测时,选择针对性的特征数据作为计算参数,可以大大提高检测的准确性。
4.2 实时显示与算法
采用C++ Builder 6设计的系统实时显示界面如图6所示。
由于悬索钢丝束检测信号为局部区域的异常信号,并叠加出现于噪声背景上。为了能够对悬索纲丝束损伤进行检测,首先应从检测信号中将局部区域的异常信号分离出来。为了检测信号的方法简单实用,系统采用了峰值差超限法,此方法是利用局部异常信号的峰谷差值的特征来提取异常检测信号[5]。在检测信号中,波形是一个完整的局部峰值波形,这个峰值是由纲丝束损伤或断丝的漏磁场产生的,它比邻近的信号波形大很多,很容易用峰值差来提取。峰值差超限法的算法如下:
在指定的边界内,设起始位置为X0, 阈值为threshold,经过阈值滤波处理后的离散信号序列为a[n]。
① 令i=0, low=a[0],wlow=X0,high=a[0],whigh=X0;
② 如果low>a[i],则令{low=a[i];wlow=X0+i;},在[0,n-1]区域继续搜索波峰最小值,最后波峰最小值记录为low,并记录该位置wlow;
③ 如果high<a[i],则令{high=a[i];whigh=X0+i},在[0,n-1]区域继续搜索波峰最大值,最后波峰最大值记录为high,并记录该位置whigh;
④ 计算:h=high-low,如果h>threshold,则证明存在纲丝束有损伤,其位置中心在whigh。
根据选择的特征数据等参数计算出纲丝束损伤的程度。
使用Φ130 mm电缆进行了实验,实验机器人的传感器沿着测试的电缆以0.01 m/s的速度推进,在电缆中预设位置的损伤被检测出来,证明峰值差超限法的算法是可行的。
5 结束语
本文针对桥梁悬索检测问题,设计了一个检测系统。整个检测系统有三个模块和一个软件,软件可分为三个主要部分:纲丝束损伤的信号采集、信号处理以及实时显示。系统针对不同的桥梁悬索提取峰值、波宽以有波形面积等特征信息,建立特征数据库,使得计算纲丝束受损程度更准确。实验结果表明,检测系统的峰值差超限法对于正确检测到桥梁悬索纲丝束的损伤是有效的,并通过特征数据库中特征数据能准确计算出纲丝束的损伤程度。
参考文献
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损伤检测 篇5
【关键词】糖尿病；尿微量白蛋白检测；肾损伤
【中图分类号】R-1 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801（2016）01-0169-01
糖尿病肾病（DKD）是糖尿病患者最常见及最难治疗的微血管并发症之一， 也是糖尿病主要的致死因素，其主要特征为持续的蛋白尿、 肾功能进行性减退以及较高心血管疾病发病率和死亡率[169].在临床糖尿病前期患者的治疗预防过程中，由于早期症状不明显，难于发现且危险程度较高，因此检测尿液中尿微量白蛋白的含量可以有效的预测患者的肾损伤情况，能够在患者后续的治疗护理中提供有力的依据。
一、尿微量白蛋白检测与肾损伤的关系
糖尿病是一种由于胰岛素分泌不足和胰岛素作用低下引发的代谢性疾病，标志性特点为血糖高。长期血糖升高会导致多器官功能损害，其中肾脏损害是最常见的一种。早期糖尿病肾损伤发病较为隐匿，且发展缓慢，很难被发现，但危害较大，重者可影响生命安全。对此，专家学者对该问题做了大量研究，希望能找到合理检测糖尿病早期肾损伤的指示指标，从而更好地防治早期糖尿病肾病。
肾脏疾病的损伤首先表现为尿液中微量白蛋白的变化，该项指标的测量对糖尿病肾病的早期检测与治疗有着十分重要的意义。目前临床常用糖尿病肾病早期诊断金标准为测定24小时尿或者过夜时段尿微量白蛋白排泄率[169]，此方法虽然应用较广，但在操作上具有留取困难且耗费时间较多等缺点，急需进一步改进。
二、糖尿病前期尿微量白蛋白检测防治肾损伤的实例分析
2.1一般资料 糖尿病前期尿微量白蛋白的检测方法和步骤为：首先选取符合实验条件的糖尿病早期患者30例作为观察组，选取健康体检者30人作为对照组，所有参与研究人员在调查之前均签署了知情同意书。在观察组患者中，有男性患者16例，女性患者14例，他们的年龄在20-50之间，平均年龄35±2.5岁；在对照组健康者中，有男性14例，女性16例，他们的年龄在21-50之间，平均年龄36±1.5岁，二者在一般资料方面相比无显著性差异（P<0.05）。所有样本患者及健康人员要求无体内重要器官病变，肝肾功能正常，具有可比性。
2.2研究方法 首先，收集尿液，具体要求为：于清晨空腹饮水后，指导研究对象依据要求留取尿液并合理保存；其次，进行指标检测，指标检测的方法为：所有研究对象在参与检测前 3 d 都进平时饮食 ， 于空腹抽取静脉血送检 ， 采用全生化分析仪（迈瑞BS300）测量尿液中血尿酸 、肌酐 、尿素氮 、空腹血糖 、糖化血红蛋白（Bio—Rad D10）及 24 h尿微量白蛋白（用全自动特定蛋白分析仪PA120， 深圳锦瑞）的含量 ，并做好记录。
2.3检测指标 尿微量白蛋白浓度 30 ～ 300 m g /d者为尿微量白蛋白阳性 ， 大于 300 mg /d者为临床蛋白尿[169]。
2.4检测结果 观察组患者尿微量白蛋白检测阳性患者有13例，其中男性6例，女性7例，阳性率为43.3%，对照组健康人群阳性者为0例，观察组患者尿微量白蛋白含量明显高于对照组健康人员，二者相比差异显著（P<0.05）。
结论：尿微量白蛋白糖尿病肾病早期的重要临床指标，且与性别无关，因此，尿微量白蛋白含量可作为早期糖尿病肾病的有效检测手段。
学者郑红在研究中表明：“两组尿微量白蛋白含量及阳性率比较为，观察组阳性率为41.11%，对照组阳性率为0；糖尿病肾病患者尿微量白蛋白与性别无关；随着病程的延长，尿微量白蛋白阳性率逐渐增大，综上所述 ，患者的肾脏损伤程度随着疾病的进展而增加 ， 这可能与随着肾小球率过滤的增加，蛋白渗出相应的增多有关[4]。”学者唐炳群，陈桂明等得出的研究结果表明：“两组结果具有统计学意义，相关分析显尿微量白蛋 白/肌酐比值与腹 血 糖、糖负荷后2 h 血糖、胰岛素、糖化血红蛋白呈正相关。在糖尿病自然病程的早期阶段，在血糖升高程度较轻的情况下 ，糖尿病的慢性并发症已发生，且多数患者无临床病状。
三、糖尿病前期尿微量白蛋白检测防治肾损伤的结果讨论
糖尿病作为威胁人类健康的重要疾病，发病率和死亡率正有逐年上升的趋势，其主要的并发症便是糖尿病肾病，随着糖尿病肾病的病程增长，患者尿中微量白蛋白含量逐渐增加，最终可导致末期肾衰，从而导致死亡。
糖尿病肾病作为糖尿病的重要并发症和重要的致死因素虽然在临床和研究中已经得到普遍认可，但在临床检测上仍然面临有巨大难题。原因是，虽然在糖尿病肾病早期开始，就会逐步对肾脏造成损伤，但早期糖尿病肾病对肾损伤却没有明显的临床症状，很难被人察觉，当我们发现肾脏损伤时，往往肾脏的损伤已经比较严重，很难治愈，这正是该病在目前临床上的重难点所在。
目前，众多的研究者及临床相关数据都表明，尿微量白蛋白含量能够非常灵敏的反映肾脏的损伤和功能指标，这是传统的检测手段无法准确判断的，对及早发现早期糖尿病肾脏损伤具有重要的理论和实践价值。但与此同时，我们面临的问题是，尿微量白蛋白的含量影响因素有很多，炎症、手术、患者情绪等问题都已经被证明会影响尿微量白蛋白含量，因此在具体的临床检测中，尿微量白蛋白的检测要遵循及早、按时、连贯的原则，在加强糖尿病肾病相关知识宣传工作的同时，要及时安排血糖升高的居民和相关患者进行体检，尽早发现糖尿病肾病的早期症状，对症下药；加强持续检测，依照含量的具体变化制定具体的治疗措施，对早期糖尿病患者肾脏损伤诊断与治疗具有重要的医疗价值。
参考文献：
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某刚架损伤状况检测鉴定 篇6
某交易城北大门采用灌注桩基础, 上部钢结构刚架跨度为28m、柱距为2m、高度为9.8m, 钢柱、钢梁采用Q345B焊接H型钢, 柱间连系梁 (ST1) 及上下层梁间系杆 (XG1) 采用Q235轧制H型钢, 刚架构件间连接螺栓采用10.9级扭剪型高强度螺栓。原设计标高6.0m及9.8m钢梁于距 (1) 轴、 (2) 轴9.0m处各设置1个钢梁拼接点, 现改为跨中设置1个拼接点。根据委托方提供的竣工验收资料以及“事故责任认定书”等资料, 现为了解刚架损伤状况及所需修复的项目, 我方受委托进行检测鉴定。
2 本工程遭受机动车撞击大体情况
本工程经正规设计、施工, 根据委托方提供的“竣工验收证明书”以及“事故认定书”等资料, 本工程于2011年8月20日经竣工验收合格, 于2011年11月16日遭机动车撞击受损。经现场检查, 标高6.0m处钢梁遭受机动车后车厢撞击, 撞击部位详见图1。
3 刚架构件损伤状况调查、检测
3.1 刚架柱 (GZ1) 变形检测
采用吊线和钢尺量测全数4根刚架柱 (GZ1) 的侧向位移。检测数据表明, 刚架整体向 (B) 轴一侧倾斜 (即向北倾斜) , 且该方向测点的侧向位移值均超过《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-1999规定的不适于继续承载的侧向位移限值H/400, 其中侧向位移最大值为H/191, 位于 (1) - (B) 轴钢柱。
3.2 刚架梁 (GL1) 变形检测
采用拉线、吊线和钢尺量测标高6.0m处钢梁 (GL1) 的侧向弯曲矢高及垂直度。检测数据表明, 标高6.0m处的2根钢梁侧向均向北弯曲, 侧弯矢高及垂直度均超过《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB50205-2001) 规定的允许偏差, 且该2根钢梁侧向弯曲矢高超过GB50292-1999规定的钢结构受弯构件不适于继续承载的侧向弯曲矢高限值l0/500。经检查, 该2根梁遭受机动车后车厢撞击部位钢梁翼缘明显变形。
3.3 标高6.0~9.8m钢梁间系杆 (XG1) 垂直度检测
采用吊线和钢尺量测全数12根钢梁间系杆 (XG1) 的垂直度。检测数据表明, 12根系杆均向 (A) 轴一侧倾斜 (即向南倾斜) , 各测点的垂直度均超过GB50205-2001规定的允许偏差。
3.4 刚架结构构件损伤状况检查
经现场检查, 标高6.0m处 (A) 轴钢梁 (GL1) 拼接点个别螺栓松动、部分水平支撑 (SC1) 连接点螺栓脱落 (个别杆件明显变形) 标高9.8m处个别水平支撑 (SC1) 连接点、标高6.0m处个别连系梁 (ST1) 连接点以及 (1) 轴个别柱间支撑 (ZC1) 连接点螺栓脱落, 标高6.0m及标高9.8m钢梁隅撑普遍存在焊缝撕裂、松动, 部分隅撑已脱落, 检查结果详见图2~图4。
3.5 刚架非结构构件损伤状况检查
为对承重结构构件损伤状况进行检查、检测, 根据我方于2012年8月20日出具的“损伤鉴定方案”, 相关方已将刚架外包装饰层全数剥除。对现存非结构构件进行检查, 标高6.0m处跨中约8m范围内的铝塑板钢骨架存在折断、扭曲等残损;标高6.0m处维修通道钢骨架与主体结构间的焊缝多处出现撕裂、脱开, 部分维修通道板条变形、焊缝撕裂、脱开。
4 刚架损伤结构检测结构汇总
4.1 刚架柱 (GZ1) 、梁 (GL1) 变形
刚架整体向 (B) 轴一侧倾斜 (即向北倾斜) , 且该方向测点的侧向位移值均超过GB50292-1999规定的不适于继续承载的侧向位移限值H/400, 其中层间位移最大值为H/191, 位于 (1) - (B) 轴钢柱。标高6.0m处的2根钢梁遭受撞击部位翼缘明显变形, 钢梁侧向均向北弯曲, 侧弯矢高及垂直度均超过GB50205-2001规定的允许偏差, 且侧向弯曲矢高超过GB50292-1999规定的钢结构受弯构件不适于继续承载的侧向弯曲矢高限值l0/500。
4.2 标高6.0m至9.8m钢梁间系杆 (XG1) 垂直度检测
12根系杆均向 (A) 轴一侧倾斜 (即向南倾斜) , 各测点的垂直度均超过GB50205-2001规定的允许偏差。
4.3 刚架杆件连接损伤状况检查
标高6.0m处 (A) 轴钢梁 (GL1) 拼接点个别螺栓松动、部分水平支撑 (SC1) 连接点螺栓脱落且个别杆件明显变形, 标高9.8m处个别水平支撑 (SC1) 连接点、标高6.0m处个别连系梁 (ST1) 连接点以及 (1) 轴个别柱间支撑 (ZC1) 连接点螺栓脱落。
4.4 钢梁隅撑损伤状况检查
标高6.0m及标高9.8m钢梁隅撑连接焊缝普遍撕裂、松动, 部分隅撑脱落。
4.5 非结构构件损伤状况检查
标高6.0m处跨中约8m范围内的铝塑板钢骨架存在折断、扭曲等残损, 标高6.0m处维修通道钢骨架与主体结构间的焊缝多处出现撕裂、脱开, 部分维修通道板条变形、焊缝撕裂、脱开。
5 刚架损伤原因分析
根据委托方提供的“竣工验收证明书”以及“事故认定书”等资料, 本工程于2011年8月20日经竣工验收合格, 同年11月16日遭受机动车撞击。经现场检查, 机动车由南向北行驶途中其后车箱先后撞击刚架标高6.0m的2根钢梁, 钢梁受撞击部位距 (1) 轴约10~13m。现场调查、检测结果表明, 钢梁撞击点翼缘变形明显, 钢柱侧向位移方向及标高6.0m钢梁侧向弯曲方向与机动车撞击方向一致, 表明刚架现有损伤应主要由于机动车撞击所致。
6 结论及建议
根据现场调查、检测及分析, 以下结构构件损伤应主要由于机动车撞击所致, 并已对本工程结构安全及使用造成明显不利影响, 应采取修复或置换等处理措施:
6.1 承重结构构件
⑴刚架柱 (GZ1) 侧向位移、标高6.0m处2根钢梁 (GL1) 侧向弯曲矢高和垂直度超过规范限值要求, 标高6.0m处的2根钢梁遭受撞击部位翼缘明显变形;
⑵上下层钢梁间系杆 (XG1) 垂直度超过规范限值要求;
⑶标高6.0m处 (A) 轴钢梁 (GL1) 拼接处个别螺栓松动、标高6.0m处部分水平支撑 (SC1) 连接处螺栓脱落且个别杆件明显变形, 标高9.8m处个别水平支撑 (SC1) 连接处、标高6.0m处个别连系梁 (ST1) 连接处以及 (1) 轴个别柱间支撑 (ZC1) 连接处螺栓脱落;
⑷标高6.0m及标高9.8m钢梁隅撑连接焊缝普遍撕裂、松动, 部分隅撑脱落。
6.2 非结构构件
标高6.0m处跨中约8m范围内的铝塑板钢骨架存在折断、扭曲等残损, 标高6.0m处维修通道钢骨架与主体结构间的焊缝多处撕裂、脱开, 部分维修通道板条变形、焊缝撕裂、脱开。
参考文献
[1]GB 50205-2001, 钢结构工程施工质量验收规范
[2]GB 50292-1999, 民用建筑可靠性鉴定标准
汽车前轴损伤原因分析及检测方法 篇7
一、前轴损伤原因分析
1. 前轴弯曲和扭曲产生的原因
(1) 汽车行驶中的垂直和侧向反作用力在前轴的垂直平面内产生弯矩, 造成前轴中部及主销孔附近在垂直方向上弯曲。钢板弹簧座附近、主销孔附近及前轴中部断面的弯曲应力最大。
(2) 汽车转弯时, 外侧向反作用力使前轴向上弯曲;内侧向反作用力则使前轴向下弯曲。我国车辆都是靠右行驶, 且右转向较多, 右转向转弯半径小, 则离心力大, 造成左悬架受力大, 地面的反作用力也大, 因此所受弯矩也就大, 这就造成了前轴左端向上弯曲大于右端向上弯曲, 即左销孔内倾角增大, 右销孔内倾角减小。在右转弯时, 右车轮速度小于左车轮, 故右车轮受纵向力大于左车轮, 这就造成主销孔轴线向前扭转, 前轴中部向前弯曲, 右边大于左边。这也是右主销孔磨损大于左主销孔, 右主销孔轴线与钢板弹簧定位孔轴线 (或定位孔对称点) 偏差距离大于左边的原因之一。
2. 前轴磨损产生的原因
(1) 由于作用在前轴上的垂直弯矩大于水平弯矩, 故主销孔及上下端面的横向磨损大于纵向;又因向上的作用力大, 使主销孔下部磨损大于上部。
(2) 由于前轴的弯曲变形, 使主销孔轴线间距变小, 作用在前轴上的各力使主销在孔中有两个方向扭转的趋势, 前轴主销孔与主销系过渡配合, 中部的楔形横销, 控制主销上下窜动和转动。在前轴受力时, 主销只能以横销为支点摆动, 由于两端摆幅大, 所以主销孔上下部分磨损大于中间。
(3) 钢板弹簧座平面、定位孔和螺栓孔的磨损, 主要是由于钢板弹簧紧固螺栓松动后, 汽车在运动中, 钢板弹簧与座、定位销与定位孔、螺栓与螺栓孔产生相对运动而造成的。
3. 前轴裂纹产生的原因
由于汽车行驶时受力复杂多变, 所以它们的磨损是不规则的。前轴受力复杂多变, 以垂直弯矩为大。当汽车制动时, 前轴负荷增大;汽车通过凹凸不平路面时, 前轴受冲击负荷, 由此容易引起金属疲劳, 而在弯曲应力最大处产生裂纹。
二、前轴损伤检测方法
1. 前轴弯曲的检测
(1) 用直角尺检查前轴变形。
将与转向节销直径相同的试棒插入销孔内, 并在两钢板弹簧座上各放一只专用垫铁, 在垫铁上放一只专用角尺, 使角尺直立边贴靠试棒, 即可查出结果。若角尺上端有间隙, 说明前轴向下弯曲;若角尺下端有间隙, 说明前轴向上弯曲。另外, 还可以从角尺与垫铁刻线重合情况, 以及角尺与试棒的重合情况, 判断前轴有无前后弯曲和扭曲。该方法所需的设备简单操作方便, 但是检验精度不高, 不能定量地测出工字梁弯曲和扭曲的数值。
(2) 用拉线法检查前轴变形。
将前轴置于水平位置, 画出两钢板弹簧的中心线, 检查拉线与两座的中心线是否处在同一条直线上。如两中心不在同一直线上时, 则说明前轴向前或向后弯曲;然后将两端吊有重物的细线放在前轴主销孔上平面的中心位置上, 要求主销孔中心与钢板弹簧座平面, 与细线间的距离是相等的, 如不等则表明前轴两端有上下弯曲。
(3) 用水平仪检验法。
用试棒插入主销孔内, 将前轴夹在虎钳上。将水平仪放在某一个钢板弹簧座平面上找平, 然后再把水平仪放在另一个钢板弹簧座上, 视其是否与放在前个钢板弹簧座上的水平仪刻度相同, 再将水平仪横放 (垂直前轴) , 这时如果水平仪气泡不在中心位置, 说明轴扭曲。如将水平仪顺轴平放, 气泡不在中心位置, 则说明轴弯曲。同样也可在两主销孔之间放一钢板直尺, 把水平仪分别纵放在两端主销孔上, 查看气泡位置, 以确定是否有扭曲。
2. 前轴裂纹的检查
桥梁损伤检测技术与维护加固措施 篇8
桥梁投入使用之后, 就一直受到各种因素影响, 包括设计因素、材料因素、荷载因素、风力因素、人为因素、环境因素等, 结果出现各种病害。
1.1 桥梁上部结构病害
桥梁上部结构主要检查桥面、支座、吊杆和锚头等部分, 桥梁上部出现横、竖、斜向裂缝主要源于腹板尺寸设计不当、钢筋规格和数量不合理、混凝土配合比不合要求、车辆超载等;桥梁支座病害源于底板制作工艺不精细、钢板周围环境潮湿等, 导致支座受力不均匀, 桥梁的荷载力发生变化;吊杆腐蚀的原因主要是吊杆长期暴露在大气环境中, 发生了氧化反应, 吊杆表面的保护层被破坏, 以及没有及时维护吊杆, 导致吊杆腐蚀严重。
1.2 桥梁下部结构病害
桥梁下部结构主要检查桥墩、外墙等部位, 桥墩周围温度变化比较大, 长期受到冲刷磨损, 基础沉降不均匀, 导致混凝土收缩和膨胀, 长期如此, 墩台就会出现裂缝、腐蚀、脱落等现象;外墙容易产生裂缝, 墙面发生倾斜与沉陷, 墙体的挡土能力减弱;漏筋病害的产生是因为在施工的过程中没有按照规范和标准进行施工, 导致钢筋保护层的厚度不够, 分化、脱落之后, 就很容易出现漏筋病害。
2 桥梁损伤的检测技术
桥梁损伤的检测技术很多, 包括荷载试验、无损伤检测技术、低应变反射波法、声波透射法、射线探伤检测、超声波检测、小波分析损伤识别、神经网络损伤识别等, 传统检测依赖于检测人员的目测以及动静载试验, 而现代检测技术用到了相干激光雷达、激光斑纹和全息干涉仪等。
2.1 直接观测
直接观测是桥梁管理部门最常用的现场检测方法, 技术人员观测桥梁损伤情况, 然后对桥梁情况作出综合性评判, 以此确定维护措施。直接观测简单易行, 但是主观性较强, 诊断结果较为粗糙, 无法检测隐蔽部位以及结构复杂的桥梁。
2.2 承载力测试
新建桥梁竣工后, 技术人员检测桥梁的承载力, 判断设计和施工质量否满足建造要求, 桥梁是否可以投入使用。旧桥承载力测试是检测桥梁的承载是否安全, 不过无法细致判断损伤情况。承载力测试只是一种初步测量, 难以检测出桥梁损伤的程度和原因。
2.3 参数识别
参数识别主要使用静力法和动力法, 对桥梁结构参数进行测定与识别。静力法主要是识别桥梁的静态应变和位移测量, 具有非常高的识别精度, 不过对实验条件要求较高;动力法应用了振动原理, 进行参数识别和损伤检测, 该方法存在噪声和误差的干扰, 所以静力法和动力法最好结合使用。
2.4 健康监测
健康监测是指运用通信技术、网络技术、传感技术等对桥梁结构进行实时监测, 以及时发现桥梁的损伤情况, 为桥梁维护和管理提供依据。近年来, 国内外学者逐渐重视健康监测技术, 并重点运用于大跨度桥梁检测中。健康监测还可发现环境对桥梁损伤的影响规律, 因此优化桥梁设计理论和方法。
3 桥梁损伤的维护加固措施
3.1 桥梁损伤的加固方法
3.1.1 上部结构加固
上部结构可以采用多种方法加固: (1) 灌封胶灌注加固法, 在桥面上裂缝比较大的部位灌注灌封胶, 把断裂的钢筋重新粘合起来, 提高桥梁的承载力。 (2) 碳纤维加固法, 在混凝土结构受拉表面用树脂粘贴碳纤维, 使桥梁原结构与碳纤维形成新的受力整体。 (3) 预应力加固法, 对桥梁的混凝土受弯构件通过钢束张拉产生偏心预应力, 以缓解受弯部件中的拉力, 使桥梁的加固构件与受弯构件连接为一个稳定的整体。预应力加固对原结构外观有一定影响, 而且不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。 (4) 植筋加固法, 在指定位置钻孔, 清孔之后注入植筋胶, 然后插入钢筋, 让混凝土与钢筋保持固定, 从而增加结构的受力水平。该方法与预埋钢筋的效果相同。 (5) 桥面补强层加固法, 把原桥面铺装全部凿除或凿毛, 之后加铺钢筋混凝土层补强, 以增大抗压截面, 增加主梁有效高度, 有效提高桥梁承载力。
3.1.2 桥梁墩台与基础加固
桥梁墩台与基础也可以采用多种方法加固: (1) 包钢加固法, 也称外部粘钢加固法, 用化学粘结剂在钢筋混凝土构件的薄弱部位直接粘贴钢板, 使钢铁与构件形成受力整体, 以增大延性和刚度, 提高混凝土柱的承载能力。 (2) 基础扩大加固法, 桥梁基础出现较大的不均匀沉降时, 若墩台是混凝土或砖石, 地基土质足够坚实, 就可采用基础扩大加固法。 (3) 增大梁高加固法, 钢筋混凝土梁的跨高比是影响结构的重要因素, 为此可增大梁高、减小跨高比, 以保证桥梁结构的稳定性。 (4) 高压旋喷注浆加固法, 用钻机把注浆管钻入土层中, 然后把浆液以高压从注浆管喷嘴里射出去, 把土层绞碎成分散的颗粒状, 经过搅拌, 与浆液混合, 最后凝结成固结体, 使地基加固。
3.2 桥梁损伤的维护加固措施
桥梁管理部门负责检测桥梁损伤情况、制定加固方案、养护费用的支出等。首先, 进行实地踏勘, 收集桥梁设计图纸、竣工图纸, 向当地部门咨询施工和养护期间出现的问题, 总体把握桥梁的使用性能。其次, 对桥梁进行检测和鉴定, 并根据调查和检测结果, 综合考虑水文、地形、施工技术和水平等因素来制定加固方案, 选择加固维修方法, 加固方案应切合实际, 技术可行, 尽量不影响交通。再次, 根据加固方案对车辆进行限载、限速或者减少车道, 合理选择施工队伍及工程材料, 实施加固方案。最后, 对桥梁加固效果进行总结评价, 包括密切观察路面状况, 查看是否出现新的裂纹、混凝土是否有剥落现象、各个部件是否牢固可靠等;对桥台沉降和跨中挠度进行检测, 分析加固后桥梁的变形情况, 判断桥梁的承载能力是否有所提高。
结语
桥梁病害的产生是经过长时间的积累所致, 影响因素也非常多, 而且往往同时出现多种损伤。桥梁病害会对桥梁质量造成恶劣影响, 并严重威胁到人们的生命财产安全, 因此, 要随时掌握桥梁的状况, 及时检测和维护加固, 尽量在不影响车辆通行的情况下, 将病害扼杀在摇篮之中, 以提高桥梁的质量及其使用寿命。
摘要：桥梁是重要的交通枢纽, 为人们出行和我国经济发展提供了基础保障。受到各种因素影响, 桥梁容易发生病害, 给车辆安全通行带来很大的隐患。为此, 本文分析了桥梁损伤的致因, 介绍了桥梁损伤的检测技术, 在此基础上诠释了桥梁损伤的维护加固措施, 旨在建设一个安全稳定的运输环境, 为经济发展和人们出行提供安全保障。
关键词：桥梁,损伤,检测,维护,加固
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悬臂梁结构损伤检测方法研究 篇9
1 理论分析
对于一个有n个单元和m个节点的线性结构, 结构损伤前后的第i阶模态应变能分别定义为:
MSEi={ϕi}T[K]{ϕi} (1)
MSE
其中, 上标“d”为结构损伤;{ϕi}为第i阶振型;[K]和[Kd]分别为结构损伤前后系统的刚度矩阵。结构损伤前后第j单元关于第i阶模态单元应变能分别定义为:
MSEij={ϕi}T[kj]{ϕi} (3)
MSE
其中, [kj]和[k
[kj]=Ij[kj0] (5)
[k
其中, Ij和I
由于:
其中, ne为结构的单元总数。
其中,
在大部分工程结构中各构件所用材料E值相同, 因此MSEi=riIj。根据一阶摄动理论, 当结构发生损伤时结构模态应变能变化与固有频率变化的关系[5]:
当结构中某一个单元发生损伤, 则ΔMSEij=ΔMSEi。
因此:
其中, MSE
2 悬臂梁算例
如图1所示的悬臂梁, 梁长7.2 m, 矩形横截面积为0.010 m2, 有限元模型为20个梁单元, 21个节点, 每个节点3个自由度。梁的材料参数为:杨氏弹性模量E=32 GPa, 惯性矩IZ=8.33×10-6 m4, 密度ρ=2.6 t/m3。
假定损伤工况:结构第7单元损伤, 其损伤程度为单元刚度分别降低10%, 20%和30%。
2.1 损伤模拟及其模态分析
对于此结构的损伤模拟及模态分析均通过大型有限元软件ANSYS来实现。1) 建立未损伤工况下的悬臂梁结构有限元模型, 并对其进行模态分析, 得到未损伤结构模态数据。2) 建立损伤工况下的悬臂梁结构有限元模型, 并对其进行模态分析, 得到损伤结构模态数据。
2.2 损伤定位及损伤程度指标
可同时用多阶模态振型来诊断结构的破损位置, 第j个单元用nm阶模态参数计算得 (见图2) :
当βj>1时, 说明j单元发生损伤, βj即为结构损伤定位指标。
损伤程度定义为 (见图3) :
7号单元βj>1, 即其为破损单元。
3结语
本文提出了一种基于模态应变能的损伤诊断指标。首先考虑了结构模态参数识别的要求, 利用经过有限元分析后的结构模态振型;其次, 将结构损伤后构件物理特性变化赋予结构损伤诊断指标, 能够有效地对结构进行损伤诊断。此方法对于损伤定位比较精确, 但仅仅应用于一维悬臂梁结构的损伤识别。关于在复杂结构损伤识别中的应用, 有待于在下一步工作中进行。
参考文献
[1]史治宇, 罗绍湘, 张令弥.结构破损定位的单元模态应变能变化率法[J].振动工程学报, 1998, 11 (3) :356-360.
[2]史治宇, 张令弥, 吕令毅.基于模态应变能诊断结构破损的修正方法[J].东南大学学报 (自然科学版) , 2000, 30 (3) :84-87.
[3]任淑芳, 郭国会.连续梁桥损伤诊断的单元模态能量比法研究[J].昆明理工大学学报, 2000, 25 (6) :110-114.
[4]袁明, 贺国京.基于模态应变能的结构损伤检测方法研究[J].铁道学报, 2002, 24 (2) :92-94.
损伤检测 篇10
对复合材料结构承载能力影响最严重、安全威胁最大的是冲击损伤,冲击损伤是复合材料损伤的主要研究对象。对于冲击损伤而言,其常用的检测方法为超声波C扫描检测。在冲击损伤区内并不是每一层或每一处都已损坏,而C扫图片仅显示出冲击损伤区域包络形状与大小。本文从增强剂四溴乙烷的浓度、施加方式与时间等方面的选定,进行了冲击损伤的增强X射线实时成像检测研究,其结果是对超声波C扫描检测结果的进一步验证与补充,从而为复合材料结构设计和制造工艺改进,提供了一定的检测依据。
1 冲击损伤的超声波C扫检测
对于冲击损伤而言,其常用的检测方法为超声波C扫描检测。表一为冲击损伤测试件规格,图一为试件的冲击损伤超声波C扫检测结果。实际上,在冲击损伤区内并不是每一层或每一处都已损坏,C扫图片仅显示出冲击损伤区域包络形状与大小。
2 冲击损伤的增强X射线实时成像检测机理
根据X射线检测原理,只有缺陷在射线透照方向上具有一定的尺寸、其线衰减系数具有一定的差别,且散射比控制在一定范围内,缺陷才能产生一定的透照强度对比度。而分层是一种层间裂纹,在射线透照方向上缺陷的尺寸几乎为零,所以常规X射线检测法检测分层很困难。如图二所示,在损伤处未使用四溴乙烷(TBE)增强剂的情况下,不能检测出层间分层。为了检测出复合材料中的分层缺陷,可采用四溴乙烷(TBE)增强剂。由于增强剂对X射线的吸收远大于被测试件本身材料,能有效地增强被测试件损伤部位的图像质量和检测灵敏度,从而达到检测的目的。
3 冲击损伤形式与形状特征
只有正确理解冲击损伤的形式与形状特征,才能将增强材料全面施加到冲击点及其层间分层处,为层间分层的全部检出做好准备。层间分层的分布有下述特点:
(1)冲击损伤形式
冲击损伤形式与冲击能量水平密切相关,如图三所示[1]。高能量冲击,如弹丸冲击,可以对层压板造成穿透孔损伤,并带有一些边缘附近的局部分层(如图一a);中等能量冲击,虽然不产生穿透损伤,但在冲击范围内造成了层压板局部损伤和内部分层,以及背面纤维的断裂(如图一b)。高能量和中等能量水平的冲击可以造成层压板表面损伤,相对容易检测。低能量冲击在层压板表面产生难以目视检查的损伤,并在层压板内部形成圆锥形的分层区(如图一c)。低能量冲击损伤是纤维增强复合材料在实际结构应用中经常遇到的主要损伤形式。
(2)冲击损伤形状特征
层间分层的分布有下述特点:
(1)多数分层呈花生状(或哑铃状),相邻两层间分层区的主轴方向均沿两层中离冲击面较远一层的纤维方向;
(2)分层沿厚度方向呈喇叭状分布,冲击表面最小,背面最大;
(3)分层面积不是单调增加的,其不仅取决于离冲击表面的距离,也取决于相邻两铺层方位之间的夹角,即距离越远,分层面积越大,夹角越大,越易产生分层。
4 冲击损伤的增强X射线实时成像检测
清除测试件的湿气和表面污染,在损伤处浸渍,将试件浸渍于四溴乙烷(TBE)溶液中,时间分别为30分钟、1小时、10小时并进行检测。因分层部分开口于表面,增强剂溶液只能渗入了开口于表面的层间分层中,增加了该区域对X射线的吸收,在射线的透照下,局部产生了一定的透照强度对比度,因而,根据X射线检测原理,如图四所示,只能检测出部分层间分层。浸渍时间分别为30分钟、1小时、10小时的检测结果如图四a、图四b、图四c所示。因此,使增强剂溶液能充分浸入所有的层间分层中,是解决正确检测出层间分层的首要条件之一。为了达到检测层间分层的目的,考虑在冲击点钻孔,本文采用孔径为Φ1mm。
开口于被测件表面的层间分层可看作是毛细缝隙,四溴乙烷也正是在毛细作用力下自动地渗进分层中,液体在毛细缝隙中浸入的深度,可用下式来计算:
式(1)中:
h—液体浸入毛细缝隙的深度;
σ—液体的表面张力系数;
θ—液体对固体表面的接触角;
w—毛细缝隙的宽度;
ρ—液体的密度;
g—重力加速度
由式(1)可知,液体在毛细缝隙中浸入的深度与液体的密度成反比,液体的密度愈大,浸入深度愈小,其渗透能力愈低。粘度对液体的静态渗透能力没有影响,但对其运动性能有很大的影响,会影响液体的渗入时间。
作为增强剂的四溴乙烷,其分子式为C2H2Br4,分子量为345.65,在20℃、化学纯状态下,密度为2.96g/ml,密度很大,粘度很高,其渗透能力很差,渗入表面开口的微小层间分层中所需的时间较长。
因而,增强剂能否快速、充分地渗入全部的层间分层中,且其密度不能降低很多,以保证层间分层的检测,是冲击损伤的增强X射线检测技术的关键。应从下面几方面进行选择:
(1)施加方式
通过喷涂、流涂、刷涂、浸渍等施加方式的比较,浸渍方式的渗入时间最短且充分,应选择浸渍方式。
(2)增强剂浓度
表二为四溴乙烷的常温条件下不同浓度的密度变化,通过实际验证,在相同时间条件下,以丙酮为稀释剂,在50～99%的浓度范围内,观察检测图像没有明显变化,均能检测出全部的层间分层,因此,选取中间值75%为施加增强剂浓度。
(3)施加时间
图五为在损伤处钻孔,并将试件浸渍于浓度为75%的增强剂中,时间分别为30分钟、1小时、2小时的检测结果。与C扫结果相比较,并经过多次试验,浸渍时间为2小时可检测出全部分层。
时间:30分钟(a)、1小时(b)、2小时(c)检测设备:HI-Scan X射线实时成像设备
在图五c中可以看出,实际上,在损伤区内并不是每一层或每一处都已损坏。在增强X射线实时成像检测中,由于增强材料四溴乙烷(TBE)浸入到损伤区的每一个微小分层中,极大地提高了层间分层区对X射线的吸收,增强了该区域的图像质量和检测灵敏度,从而,检测出了层间分层,因而更具体地、形象地显示出损伤区损伤程度的变化,可作为损伤超声波C扫描检测结果的验证与补充,从而为复合材料结构设计和制造工艺改进,提供了一定的检测依据。
利用实时成像设备的测量软件,在射线图像上测量出尺寸并计算出层间分层大小。例如,将损伤区域近似看作椭圆形并计算其面积,长轴=30.4mm,短轴=20.5mm,面积=(长轴/2)×(短轴/2)×3.14=(30.5/2)×(20.5/2)×≈490.8mm2,层间分层检测图像如图六所示。
四溴乙烷(TBE)浓度:75%浸渍时间:2小时检测设备:HI-Scan X射线实时成像设备
5 结束语
增强X射线实时成像检测冲击损伤的关键是层间分层必须与表面相连。其次,必须选择合适的增强剂浓度、施加方式与时间,使增强剂完全浸入层间分层,才能保证冲击损伤的层间分层的全部检出。具体操作方式为:
(1)清除试件的湿气和表面污染;
(2)将四溴乙烷(TBE)溶于丙酮溶剂中,制成浓度≥50%溶液;
(3)在损伤处钻孔,使层间分层开口于表面,采用浸渍的施加方式,使TBE溶液渗入零件缺陷部位,施加时间取决于冲击能量、复合材料的疏松度和厚度;
(4)X射线实时成像法检测试件;
(5)清除四溴已烷(TBE)溶液。
参考文献
[1]杨乃宾,章怡宁.复合材料飞机结构设计[M],北京:航空工业出版社,2002.
[2]宋焕成.聚合物基复合材料[M].北京:国防工业出版社,2006.