基于磁致伸缩技术的吊杆检测应用研究

段鸿杰，林 鸣，李文波

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙 410008)

0 前言

对于系杆拱桥而言，吊杆是桥梁上部结构的主要承重构件，目前，对于系杆拱桥的吊杆检测主要以人工目视检查和索力检测为主，目视检查主要检查吊杆表面PE护套是否存在破损和剥落，各紧固件是否松动;索力检测则多采用振动法进行索力测试，了解吊杆的受力情况;而对于吊杆杆体本身是否存在断丝以及吊杆上、下锚头是否存在损伤，目前仍处于探索阶段，国内已进行相关研究，但尚无成熟有效的检测方法。

本文以一吊杆被车辆撞擦的系杆拱桥为工程背景，通过采用人工目视检查、索力检测以及基于磁致伸缩技术的无损检测方法相结合，综合评定被撞吊杆的技术状况，为桥梁后续安全运营决策提供依据。

1 工程概况

西湖大桥(图1)处于邵阳市内江北大道的南端，主桥为跨径组成 (88m+88m+88m)的三跨连续钢管混凝土系杆拱桥，拱矢度为1/4，单跨上、下游侧各有16根吊杆，设计荷载为汽车－20级，挂－100，人群荷载4.0kN/m2。车道数:机动车行车道设计为净宽14.0m，按4车道布置，非机动车道宽度 7.0m。

2012年4月5日，该桥主桥北侧边跨西侧由北向南第7根吊杆受到工程铲车肇事撞擦，肇事过程中该铲车车斗自下而上对吊杆进行撞擦，造成该吊杆PE护套约10cm宽，80cm高的严重破损区域，且PE内的高强钢丝存在较为明显刮擦痕迹。

图1 西湖大桥实景照片

2 评估方法及结果

为准确评估车辆撞擦对桥梁吊杆的影响程度，本次检测在常规外观目视检查和索力检测的基础上，补充采用了基于磁致伸缩效应的导波检测方法，通过该方法的采用检测吊杆杆体断丝和锚头损伤情况，通过3种方法的检测结果综合评定吊杆的技术状况。

2.1 外观检测结果

外观检查结果表明:

1)车辆撞擦导致吊杆护筒严重变形，吊杆PE护套存在约10cm宽，80cm高的破损区域，吊杆内部高强钢丝存在较为明显的刮伤痕迹，见图2。

2)被撞擦吊杆护筒与系梁结合处，系梁顶部混凝土存在破损，见图3。

图2 吊杆杆体PE破损，高强钢丝刮擦

图3 吊杆护筒与系梁结合处混凝土破损

2.2 索力测试结果

通过对被撞吊杆所在桥跨的上、下游侧吊杆进行索力测试与分析得出，被撞的上游侧7#吊杆索力相比横桥向对称的下游侧7#吊杆以及顺桥向对称位置的10#吊杆，索力均存在10%以上明显下降趋势，表明车辆撞擦给吊杆带来一定损伤(上、下游侧索力的实测值对比如图4所示)。

图4 上下游测索力测试对比表

2.3 吊杆断丝检测

2.3.1 磁致伸缩检测原理介绍［1－8］

基于磁致伸缩效应的非接触磁致伸缩导波检测原理如图5所示。偏置磁场将索体磁化到磁致伸缩效应合适的工作点，将瞬态电流输入到检测线圈中，产生交变磁场，由于磁致伸缩效应，索体中被磁化区域产生交变应变，成为导波的震源，在索体中激励出导波;当索体中存在缺陷时，导波将在缺陷处被反射返回;当反射回来的应力波通过检测线圈时，由于逆磁致伸缩效应会引起通过检测线圈的磁通量发生变化，检测线圈将磁通量变化转换为电信号;通过分析该信号波形，可以获取吊杆缺陷信息。

图5 非接触式磁致伸缩导波检测原理图

2.3.2 检测设备及方法介绍

根据磁致伸缩导波检测原理进行吊杆断丝检测的检测系统由主机、激励传感器、接收传感器和前置放大器组成，通过弹性波激励和接收，实现构件的检测，系统样机如图6所示，利用系统实现检测的过程是:首先将激励传感器和接收传感器安装在待测构件上，待测构件可有包覆层且表面无需处理，再利用便携计算机控制信号发生单元产生特定频率正弦波信号。正弦波信号输入到门控电路，在计算机的控制下产生特定宽度和间隔的门控信号。正弦波信号在门控信号的控制下经功率放大器放大后传输到激励传感器，通过磁致伸缩效应在待测构件中产生弹性波，接收传感器利用逆磁致伸缩效应将弹性波信号转换为电信号，信号经前置放大器后进入放大滤波单元处理后通过信号采集端口进入数据采集单元，经其中的A/D转换器后进入计算机，经计算机处理后得到构件的检测结果。

图6 磁致伸缩导波检测系统样机

2.3.3 检测结果及分析

通过对全桥吊杆进行检测并对检测信号进行分析比对，检测结果表明:①被撞的吊杆杆体未发现超过预设判废红线的断丝异常信号，表明被撞吊杆的杆体并无断丝或严重损伤现象;②从被撞吊杆的锚头回波信号分析，其他吊杆上、下锚固端均存在前后两个回波信号，被撞的7#吊杆下锚固端仅包含一个回波信号，且回波幅值较其他吊杆存在明显偏大的异常现象(吊杆检测信号波形如图7至图10所示)。检测结果表明被撞吊杆下锚头存在一定损伤。

图7 被撞吊杆的信号波形

图8 对称下游侧7#吊杆的信号波形

图9 上游侧10#吊杆的信号波形

图10 下游侧10#吊杆的信号波形

3 结语

本文以一座吊杆被车辆撞擦的系杆拱桥为工程背景，综合常规检测技术和基于磁致伸缩效应的无损检测技术对桥梁吊杆进行检测，得出以下结论:

1)基于磁致伸缩效应的无损检测技术能较为快捷有效的检测吊杆杆体和锚头位置的损伤，在一定程度上弥补了常规检测技术带来的局限性，具有较大推广应用前景。

2)采用人工目视检查、索力检测和基于磁致伸缩效应的非接触检测综合评定吊杆的损伤情况，提高了评估的全面性和准确性，为以后类似项目提供了借鉴。

3)目前该方法对于吊杆锚头的较大损伤能有效进行识别，但是对于锚头钢绞线的锈蚀仍不敏感，后续可在锚头的锈蚀情况检测上开展相关研究。

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