浅谈关于钢绞线检测的无损检测技术

王百芳 巴金磊

摘 要：钢绞线作为预应力结构的主要构件之一，其直接关系到结构的安全性。本文简单的叙述了关于钢绞线常见的的检测方法和预应力锚夹具、钢绞线检测工作所执行的标准。

关键词：无损检测 钢绞线 概述和标准

引言：预应力钢绞线由六根弯曲钢丝以固定的螺距围绕一根中心钢丝捻制而成。由于具有高效、经济、强度高、松弛性能好等特点，钢绞线已被广泛应用于高层建筑、斜拉索桥和预应力工程中。受长期工作环境和承载力变化的影响，钢绞线容易产生应力腐蚀、压痕、突发性断裂等缺陷。作为主要受力构件之一，钢绞线的这些缺陷将直接危害到结构的安全性和使用寿命。据调查世界范围内的斜拉索桥发生事故时，绝大部分是由钢绞线的失效引起的。因此，在生产和使用过程中，对钢绞线进行无损检测具有非常重要的意义。

1.检测方法的概述

传统的检测方法，如超声法、漏磁法，用于钢绞线检测时必须贴近钢绞线表面并沿其长度方向逐点扫描，产生了检测效率低、成本高、劳动强度大等问题。此外，针对复杂区域中的构件，如位于斜拉索锚固区中的钢丝和岩土中的锚杆，传统方法难以实施有效检测。近年来，超声导波技术在无损检测领域备受关注，特别是在石化、电力等工业部门中得到了广泛的研究和应用。超声导波是一种弹性应力波，当其在杆、管等构件中传播时会在界面间不断来回反射，若遇到介质的变化会产生反射和透射，通过对反射波和透射波的检测即可获得构件的缺陷信息。导波技术在单点激励就可以实现长距离检测，并且导波在波导中传播时需要对象横截面全部质点的参与，因而可以检测出构件的内外部缺陷。这两个突出的优点使得导波检测技术不仅简单快速，而且还适用于带包覆层或复杂区域中构件的检测。

目前，国内外学者已经成功将导波技术用于钢绞线的缺陷检测，然而，导波检测又具有一定的复杂性。导波传播过程中伴随的衰减、频散、多模态等现象，降低了检测系统的灵敏度，致使缺陷信号常常淹没在背景噪声中。另一方面，由于钢绞线结构特殊，使得导波在其中的传播更加复杂，这对缺陷检测结果会造成一定的干扰，增加缺陷信号识别的难度。因此，研究钢绞线中导波的传播特性、缺陷反射波与缺陷尺寸的相互关系，不仅有助于更好的运用导波技术，还为研究钢绞线缺陷定量检测提供基础。进一步寻找合适的导波信号处理方法，可以帮助提高检测信号的信噪比，也直接关系到钢绞线小缺陷检测的可靠性和准确性。导波检测钢绞线及其组成构件的巨大优势和应用前景，吸引许多学者对上述问题进行了不同程度的研究。

2 关于预应力锚夹具、钢绞线检测国家标准

预应力钢绞线、锚夹具检测的最新标准是GB/T14370—2007《预应力筋用锚具、夹具和连接器》、GB/T 5224—2003《预应力混凝土钢绞线》及行业标准JGJ 85—2002《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》等。这些规范标准是预应力材料生产和施工进场检验的依据，检测部门必须严格遵守。由于一些细节在标准中没有具体规定，实际操作时试验检测结果具有不确定性。

3 无损检测当中钢绞线检测

3.1 钢绞线的试验夹具

钢绞线试验夹具对钢绞线最大力Fm的测定有重要影响，而Fm的数值又直接影响到锚具效率系数的计算。不同的检测单位使用不同形式的夹具，夹具的夹持长度从80～180 mm不等，夹具牙纹有点状、细牙等，这些夹具不同程度地对钢绞线有着“缺口效应”，导致钢绞线提前破坏，且断口总是发生在夹持部位，造成对同样的钢绞线使用不同夹具进行试验会得到不同结果这一不合理的现象。GB/T5224—2003规定：“如试样在夹头内和距钳口2倍钢绞线公称直径内断裂达不到本标准性能要求时，试验无效。”问题在于对于“有效”的试验，虽然达到了标准规定的性能指标，钢绞线材料检验合格，但由于没有真正测出钢绞线不受损伤情况下的最大力，因而也不能够准确地测量出钢绞线受损伤情况下锚具的锚固效率系数。那么有没有使钢绞线不受损伤的夹持形式呢？目前解决这个问题使用较多的办法是试样夹持部分包裹一层金刚砂，再使用铝片作为垫片， 以防止夹具牙纹对钢绞线的损伤，同时最大程度地握裹住试样，阻止试样打滑，试样夹持部位完全没有损伤，只是由于摩擦的缘故，变得有些粗糙，部分试样更是断在中部，断口有颈缩，呈塑性断口状。

值得注意的是：由于钢绞线在拉伸试验过程中，金刚砂脱落，下钳口转轴内会被落入的金刚砂划伤，故下钳口应覆盖1层橡胶防护罩，并应在每次试验后及时清理落下的金刚砂。建议今后修订标准时增加有关试验方法、夹具形式的内容，以减少由于试验方法不同所造成的试验结果差异。

如何避免“缺口效应”，本人所在的试验室采取另外一种办法，使用平推钳口的万能试验机，该形式的万能机上下两个钳口都配有平推油顶，每个油顶的夹持力在开始拉钢绞线的时候能达到1000kN（100吨），这样在试验的时候只要在钢绞线两端夹持区垫上铝片即可，省去涂抹金刚砂效率大大提高，且钢绞线试验过程中不会被咬断。

3.2 钢绞线的弹性模量

钢绞线的弹性模量在GB/T 5224—2003第7. 3. 5条的参考值为（195±10）GPa，但不作为交货条件。实际上，弹性模量作为预应力施工张拉伸长量计算的重要数据，是试验中的必测项目。钢绞线的截面积是使用标准中所提供的参考值还是用实测值，这在检测部门一直存有分歧。按GB/T 228—2010《金属材料室温拉伸试验方法》的规定，应该用实测面积，但对于如图3所示的钢绞线截面，如何才能准确地测量出其截面积呢？方法之一是分别测量7丝的面积，然后相加。笔者建议用称重法测量面积，或是先测量图中对角直径d，然后按表1取值作为钢绞线的实测面积。但由于存在间隙，对角直径d难以精确测量。

图3 钢绞线截面示意

3.3 引伸仪标准

钢绞线弹性模量测量使用的引伸仪标准中未作规定，各检测单位所使用的引伸仪标距100～600mm不等。然而钢绞线结构特殊，捻距约为170mm，因此只有引伸仪标距大于200 mm时，变形的测量才不会受到钢绞线结构特性的影响，从而提高钢绞线弹性模量测量的准确性。引伸仪的夹持方式也应注意。通常引伸仪的刀口是平直的，用橡皮筋固定只能夹持钢绞线7丝中的2丝，由于各丝变形有一定程度的不均匀性，因此对弹性模量的测试还是有一些影响，建议使用用螺纹固定的环形卡式500 mm标距的引伸仪。

4 结语

钢绞线在世界范围内被普遍用于钢筋混凝土和斜拉桥的制造中。在恶劣的工作环境下，钢绞线经常产生腐蚀，断丝等缺陷。这直接关系到预应力结构的安全性，所以对钢绞线及其组成的构件进行了实验研究具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]黄月华. 基于频率法的钢绞线预应力检测技术研究[D].重庆交通大学，2013.

[2]李广瑞. 預应力混凝土中超声波检测方式的数值模拟研究[D].中南大学，2014.

[3]刘春艳. 混凝土桥梁内部缺损无损检测技术及评定标准研究[D].华南理工大学，2014.