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摘 要：通过现场对拉索的外观检测和超声导波法对某斜拉桥受火后的拉索进行无损检测，以判断拉索受火后的内部损伤情况，为该桥制定维修设计方案提供依据。本文将国际先进的超声导波技术首次成功运用于拉索无损检测中，对以后同类型项目具有一定的指导作用，并为后期开发其它类型无损检测项目打下技术基础。
关键词：斜拉索，受火损伤，超声导波法，无损检测
Abstract: Scene detection and ultrasonic guided wave method is applied to the non-destructive testing of the cable-stayed bridge cables after fire to judge the internal damage of the cables. The test data will provide the basis for the maintenance design of the bridge. In this paper, the international advanced ultrasonic guided wave technology was first successfully applied to the cable non-destructive testing, which will provide a valuable reference for similar projects and lay a technical foundation for the late development of other types of non-destructive testing project.
Key words：bridge cable; fire damage; ultrasonic guided wave method; non-destructive testing
中图分类号： U448.27文献标识码：A 文章编号：
1引言
作为斜拉桥的直接承力构件，斜拉索在长期的运营过程中，受周围环境及人为因素影响，其内部索丝不免会产生不同程度的损伤，这将威胁到桥梁的安全运营。为了判断索丝的损伤情况，并对拉索目前的运营状况进行评估，本项目结合外观检测，并引进国际先进的超声导波技术，对广州某桥的拉索内部索丝损伤情况进行检测。
2拉索外观检测
2008年广州某斜拉桥西塔南侧边跨的2、4、6、10、12号索和西塔南侧中跨的4、6号索上的彩灯起火，导致部分拉索的保护层局部损伤。项目组随即奔赴现场对这7根拉索进行了外观检测，从而大体了解拉索在事故后的破损情况和受力变化情况。
拉索的外观检测以肉眼查看为主，主要检测手段为：用卷尺定位，确定破损面积和破损数量，并对由事故引起的护套开裂爆裂现象进行裂缝测深测宽；索丝检测的主要内容是检测索丝火灼后的整体情况，包括是否出现断丝、是否出现扭曲及有无熔丝等现象；彩灯设施检测的主要内容是检测拉索彩灯设施破损位置、破损数量和破损程度。
由外观检测结果可以看出，由于多处彩灯烧毁，导致拉索护套发生不同程度的损伤，并导致大面积索丝外露，检测中未发现这些外露索丝有断丝或熔丝等现象。本次检测只对部分拉索受火导致的外观损伤进行定性检测，仅基于外观检测结果难以判断钢索是否发生材料性能变化，是否产生残余应力和残余变形等损伤。单从外观破损情况判断，拉索的使用可靠性和耐久性目前已受到威胁，有待于对拉索进行进一步的超声导波法检测。
3 超声导波法检测
3.1超声导波法检测原理
超声导波法无损检测采用的测试原理是磁致伸缩效应。磁致伸缩效应是指铁磁性材料由于外加磁场的变化，其物理长度和体积都要发生微小变化的效应。
被检测工件中的微观粒子（磁畴）在外加磁场的作用下按照一定方向进行运动，产生的弹性机械波（超声波）会耦合到钢丝绳上并沿着钢丝绳进行传播，当超声波遇到钢丝绳上的特征信号（例如减震装置、端部等）或腐蚀损伤信号时，就会反射回一部分能量，通过分析反射回来信号能量的大小和相位即可判断损伤部位和程度。
典型检测波形图如图4所示。
图4检测波形示意图
其中：X轴—代表距离，即钢索的检测长度；
Y轴—代表信号的幅度，即特征信号或腐蚀的能量发射大小；
MsS—MsS探头始发脉冲位置；
D1，D2…—缺陷（以探头位置为起点依次排列，正向大写、反向小写）；
X1，X2…—方向控制不当产生的反向信号；
Y1，Y2…—多重反射信号；
C—减震位置产生的信号；
EC—有效数据的终端（正向大写、反向小写）。
绿线为检测门槛，可以根据信噪比和检测灵敏度要求进行设定。该检测系统的信噪比为50dB，最高检测灵敏度可以达到1%。根据现场条件的不同，一般将检测灵敏度设置为2~5%。若信号高于此检测门槛即为特征信号（端部、减震装置、反射信号等）或腐蚀损伤缺陷。缺陷描述如表1所示。
表1 缺陷描述及识别列表
本次检测的阈值设定分为两种：安装彩灯的钢索和没有安装彩灯的钢索：
安装彩灯的拉索，噪音会相对偏高，阈值设置为3%；
未安装彩灯的拉索，噪音相对偏低，阈值设置为2%。
3.2 超声导波法检测结果分析
由于在本次检测过程中，广东某桥7根拉索（WS-B2、WS-B4、WS-B6、WS-B10、WS-B12、WS-Z4和WS-Z6）上附挂的彩灯失火，对这些拉索造成了局部损伤。下面分别从未失火拉索和失火拉索两个方面来分析检测结果。
（1）未失火拉索。
对于未失火的137根拉索，其整体状况比较良好；其中在EN-Z01、ES-B01和WS-B13上发现超标缺陷，检测结果如表2所示，其典型损伤示意图如图5所示。
表2 未失火拉索检测结果列表
图5拉索ES-B01的检测分析图
（2）失火拉索。
失火7根拉索中WS-B02、WS-B06和WS-Z06編号的拉索有一定的损伤，检测结果如表3所示，其典型损伤示意图如图6所示。
表3 失火拉索检测结果列表
图6拉索WS-B02的检测分析图
4 结论
通过对全桥144根拉索的外观检测和探伤检测，根据导波信号分析判断得知该桥仅有6根拉索存在一定程度的损伤，其中一根损伤较严重（截面损失量为18.2%），通过检测为该桥进一步的维修设计提供了一定的参考。
拉索内部探伤检测是一种高难度的检测工作，本次检测特引进最新的超声导波检测技术，解决了拉索上有悬挂物导致传统检测方法中爬升仪器无法使用的困难，取得了良好的检测效果，并在完成工程项目的同时，为同类项目提供了一种切实可行的检测方案，并为后期开发其它类型无损检测项目打下技术基础。
参考文献
[1] 丁幼亮，李爱群，缪长青，李兆霞，韩晓林：大跨桥梁结构损伤诊断与安全评估的多尺度有限元模拟研究[J]. 地震工程与工程振动.2006,26(2).-66-72
[2] 孟威，杜勇峰：某市政桥梁的主体结构安全性检测鉴定[J]. 安徽建筑.2006,13(6).-135-136
[3] 郑继光，王兴，刘忠固：意外火灾对预应力混凝土桥梁结构的损伤分析[J]. 北方交通.2007(12).-54-57
[4] 李毅，项贻强，王建江：火灾后桥梁结构的损伤检测及安全性评估[J]. 中国市政工程.2006(5).-26-27
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：斜拉索，受火损伤，超声导波法，无损检测
Abstract: Scene detection and ultrasonic guided wave method is applied to the non-destructive testing of the cable-stayed bridge cables after fire to judge the internal damage of the cables. The test data will provide the basis for the maintenance design of the bridge. In this paper, the international advanced ultrasonic guided wave technology was first successfully applied to the cable non-destructive testing, which will provide a valuable reference for similar projects and lay a technical foundation for the late development of other types of non-destructive testing project.
Key words：bridge cable; fire damage; ultrasonic guided wave method; non-destructive testing
中图分类号： U448.27文献标识码：A 文章编号：
1引言
作为斜拉桥的直接承力构件，斜拉索在长期的运营过程中，受周围环境及人为因素影响，其内部索丝不免会产生不同程度的损伤，这将威胁到桥梁的安全运营。为了判断索丝的损伤情况，并对拉索目前的运营状况进行评估，本项目结合外观检测，并引进国际先进的超声导波技术，对广州某桥的拉索内部索丝损伤情况进行检测。
2拉索外观检测
2008年广州某斜拉桥西塔南侧边跨的2、4、6、10、12号索和西塔南侧中跨的4、6号索上的彩灯起火，导致部分拉索的保护层局部损伤。项目组随即奔赴现场对这7根拉索进行了外观检测，从而大体了解拉索在事故后的破损情况和受力变化情况。
拉索的外观检测以肉眼查看为主，主要检测手段为：用卷尺定位，确定破损面积和破损数量，并对由事故引起的护套开裂爆裂现象进行裂缝测深测宽；索丝检测的主要内容是检测索丝火灼后的整体情况，包括是否出现断丝、是否出现扭曲及有无熔丝等现象；彩灯设施检测的主要内容是检测拉索彩灯设施破损位置、破损数量和破损程度。
由外观检测结果可以看出，由于多处彩灯烧毁，导致拉索护套发生不同程度的损伤，并导致大面积索丝外露，检测中未发现这些外露索丝有断丝或熔丝等现象。本次检测只对部分拉索受火导致的外观损伤进行定性检测，仅基于外观检测结果难以判断钢索是否发生材料性能变化，是否产生残余应力和残余变形等损伤。单从外观破损情况判断，拉索的使用可靠性和耐久性目前已受到威胁，有待于对拉索进行进一步的超声导波法检测。
3 超声导波法检测
3.1超声导波法检测原理
超声导波法无损检测采用的测试原理是磁致伸缩效应。磁致伸缩效应是指铁磁性材料由于外加磁场的变化，其物理长度和体积都要发生微小变化的效应。
被检测工件中的微观粒子（磁畴）在外加磁场的作用下按照一定方向进行运动，产生的弹性机械波（超声波）会耦合到钢丝绳上并沿着钢丝绳进行传播，当超声波遇到钢丝绳上的特征信号（例如减震装置、端部等）或腐蚀损伤信号时，就会反射回一部分能量，通过分析反射回来信号能量的大小和相位即可判断损伤部位和程度。
典型检测波形图如图4所示。
图4检测波形示意图
其中：X轴—代表距离，即钢索的检测长度；
Y轴—代表信号的幅度，即特征信号或腐蚀的能量发射大小；
MsS—MsS探头始发脉冲位置；
D1，D2…—缺陷（以探头位置为起点依次排列，正向大写、反向小写）；
X1，X2…—方向控制不当产生的反向信号；
Y1，Y2…—多重反射信号；
C—减震位置产生的信号；
EC—有效数据的终端（正向大写、反向小写）。
绿线为检测门槛，可以根据信噪比和检测灵敏度要求进行设定。该检测系统的信噪比为50dB，最高检测灵敏度可以达到1%。根据现场条件的不同，一般将检测灵敏度设置为2~5%。若信号高于此检测门槛即为特征信号（端部、减震装置、反射信号等）或腐蚀损伤缺陷。缺陷描述如表1所示。
表1 缺陷描述及识别列表
本次检测的阈值设定分为两种：安装彩灯的钢索和没有安装彩灯的钢索：
安装彩灯的拉索，噪音会相对偏高，阈值设置为3%；
未安装彩灯的拉索，噪音相对偏低，阈值设置为2%。
3.2 超声导波法检测结果分析
由于在本次检测过程中，广东某桥7根拉索（WS-B2、WS-B4、WS-B6、WS-B10、WS-B12、WS-Z4和WS-Z6）上附挂的彩灯失火，对这些拉索造成了局部损伤。下面分别从未失火拉索和失火拉索两个方面来分析检测结果。
（1）未失火拉索。
对于未失火的137根拉索，其整体状况比较良好；其中在EN-Z01、ES-B01和WS-B13上发现超标缺陷，检测结果如表2所示，其典型损伤示意图如图5所示。
表2 未失火拉索检测结果列表
图5拉索ES-B01的检测分析图
（2）失火拉索。
失火7根拉索中WS-B02、WS-B06和WS-Z06編号的拉索有一定的损伤，检测结果如表3所示，其典型损伤示意图如图6所示。
表3 失火拉索检测结果列表
图6拉索WS-B02的检测分析图
4 结论
通过对全桥144根拉索的外观检测和探伤检测，根据导波信号分析判断得知该桥仅有6根拉索存在一定程度的损伤，其中一根损伤较严重（截面损失量为18.2%），通过检测为该桥进一步的维修设计提供了一定的参考。
拉索内部探伤检测是一种高难度的检测工作，本次检测特引进最新的超声导波检测技术，解决了拉索上有悬挂物导致传统检测方法中爬升仪器无法使用的困难，取得了良好的检测效果，并在完成工程项目的同时，为同类项目提供了一种切实可行的检测方案，并为后期开发其它类型无损检测项目打下技术基础。
参考文献
[1] 丁幼亮，李爱群，缪长青，李兆霞，韩晓林：大跨桥梁结构损伤诊断与安全评估的多尺度有限元模拟研究[J]. 地震工程与工程振动.2006,26(2).-66-72
[2] 孟威，杜勇峰：某市政桥梁的主体结构安全性检测鉴定[J]. 安徽建筑.2006,13(6).-135-136
[3] 郑继光，王兴，刘忠固：意外火灾对预应力混凝土桥梁结构的损伤分析[J]. 北方交通.2007(12).-54-57
[4] 李毅，项贻强，王建江：火灾后桥梁结构的损伤检测及安全性评估[J]. 中国市政工程.2006(5).-26-27
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。