淺談關(guān)于鋼絞線檢測(cè)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

王百芳 巴金磊

摘 要：鋼絞線作為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件之一，其直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性。本文簡(jiǎn)單的敘述了關(guān)于鋼絞線常見(jiàn)的的檢測(cè)方法和預(yù)應(yīng)力錨夾具、鋼絞線檢測(cè)工作所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè) 鋼絞線 概述和標(biāo)準(zhǔn)

引言：預(yù)應(yīng)力鋼絞線由六根彎曲鋼絲以固定的螺距圍繞一根中心鋼絲捻制而成。由于具有高效、經(jīng)濟(jì)、強(qiáng)度高、松弛性能好等特點(diǎn)，鋼絞線已被廣泛應(yīng)用于高層建筑、斜拉索橋和預(yù)應(yīng)力工程中。受長(zhǎng)期工作環(huán)境和承載力變化的影響，鋼絞線容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕、壓痕、突發(fā)性斷裂等缺陷。作為主要受力構(gòu)件之一，鋼絞線的這些缺陷將直接危害到結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。據(jù)調(diào)查世界范圍內(nèi)的斜拉索橋發(fā)生事故時(shí)，絕大部分是由鋼絞線的失效引起的。因此，在生產(chǎn)和使用過(guò)程中，對(duì)鋼絞線進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)具有非常重要的意義。

1.檢測(cè)方法的概述

傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，如超聲法、漏磁法，用于鋼絞線檢測(cè)時(shí)必須貼近鋼絞線表面并沿其長(zhǎng)度方向逐點(diǎn)掃描，產(chǎn)生了檢測(cè)效率低、成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題。此外，針對(duì)復(fù)雜區(qū)域中的構(gòu)件，如位于斜拉索錨固區(qū)中的鋼絲和巖土中的錨桿，傳統(tǒng)方法難以實(shí)施有效檢測(cè)。近年來(lái)，超聲導(dǎo)波技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域備受關(guān)注，特別是在石化、電力等工業(yè)部門(mén)中得到了廣泛的研究和應(yīng)用。超聲導(dǎo)波是一種彈性應(yīng)力波，當(dāng)其在桿、管等構(gòu)件中傳播時(shí)會(huì)在界面間不斷來(lái)回反射，若遇到介質(zhì)的變化會(huì)產(chǎn)生反射和透射，通過(guò)對(duì)反射波和透射波的檢測(cè)即可獲得構(gòu)件的缺陷信息。導(dǎo)波技術(shù)在單點(diǎn)激勵(lì)就可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離檢測(cè)，并且導(dǎo)波在波導(dǎo)中傳播時(shí)需要對(duì)象橫截面全部質(zhì)點(diǎn)的參與，因而可以檢測(cè)出構(gòu)件的內(nèi)外部缺陷。這兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)使得導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)不僅簡(jiǎn)單快速，而且還適用于帶包覆層或復(fù)雜區(qū)域中構(gòu)件的檢測(cè)。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)成功將導(dǎo)波技術(shù)用于鋼絞線的缺陷檢測(cè)，然而，導(dǎo)波檢測(cè)又具有一定的復(fù)雜性。導(dǎo)波傳播過(guò)程中伴隨的衰減、頻散、多模態(tài)等現(xiàn)象，降低了檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度，致使缺陷信號(hào)常常淹沒(méi)在背景噪聲中。另一方面，由于鋼絞線結(jié)構(gòu)特殊，使得導(dǎo)波在其中的傳播更加復(fù)雜，這對(duì)缺陷檢測(cè)結(jié)果會(huì)造成一定的干擾，增加缺陷信號(hào)識(shí)別的難度。因此，研究鋼絞線中導(dǎo)波的傳播特性、缺陷反射波與缺陷尺寸的相互關(guān)系，不僅有助于更好的運(yùn)用導(dǎo)波技術(shù)，還為研究鋼絞線缺陷定量檢測(cè)提供基礎(chǔ)。進(jìn)一步尋找合適的導(dǎo)波信號(hào)處理方法，可以幫助提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比，也直接關(guān)系到鋼絞線小缺陷檢測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性。導(dǎo)波檢測(cè)鋼絞線及其組成構(gòu)件的巨大優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，吸引許多學(xué)者對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了不同程度的研究。

2 關(guān)于預(yù)應(yīng)力錨夾具、鋼絞線檢測(cè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

預(yù)應(yīng)力鋼絞線、錨夾具檢測(cè)的最新標(biāo)準(zhǔn)是GB/T14370—2007《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》、GB/T 5224—2003《預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線》及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 85—2002《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等。這些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是預(yù)應(yīng)力材料生產(chǎn)和施工進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)的依據(jù)，檢測(cè)部門(mén)必須嚴(yán)格遵守。由于一些細(xì)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有具體規(guī)定，實(shí)際操作時(shí)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果具有不確定性。

3 無(wú)損檢測(cè)當(dāng)中鋼絞線檢測(cè)

3.1 鋼絞線的試驗(yàn)夾具

鋼絞線試驗(yàn)夾具對(duì)鋼絞線最大力Fm的測(cè)定有重要影響，而Fm的數(shù)值又直接影響到錨具效率系數(shù)的計(jì)算。不同的檢測(cè)單位使用不同形式的夾具，夾具的夾持長(zhǎng)度從80～180 mm不等，夾具牙紋有點(diǎn)狀、細(xì)牙等，這些夾具不同程度地對(duì)鋼絞線有著“缺口效應(yīng)”，導(dǎo)致鋼絞線提前破壞，且斷口總是發(fā)生在夾持部位，造成對(duì)同樣的鋼絞線使用不同夾具進(jìn)行試驗(yàn)會(huì)得到不同結(jié)果這一不合理的現(xiàn)象。GB/T5224—2003規(guī)定：“如試樣在夾頭內(nèi)和距鉗口2倍鋼絞線公稱(chēng)直徑內(nèi)斷裂達(dá)不到本標(biāo)準(zhǔn)性能要求時(shí)，試驗(yàn)無(wú)效?！眴?wèn)題在于對(duì)于“有效”的試驗(yàn)，雖然達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能指標(biāo)，鋼絞線材料檢驗(yàn)合格，但由于沒(méi)有真正測(cè)出鋼絞線不受損傷情況下的最大力，因而也不能夠準(zhǔn)確地測(cè)量出鋼絞線受損傷情況下錨具的錨固效率系數(shù)。那么有沒(méi)有使鋼絞線不受損傷的夾持形式呢？目前解決這個(gè)問(wèn)題使用較多的辦法是試樣夾持部分包裹一層金剛砂，再使用鋁片作為墊片， 以防止夾具牙紋對(duì)鋼絞線的損傷，同時(shí)最大程度地握裹住試樣，阻止試樣打滑，試樣夾持部位完全沒(méi)有損傷，只是由于摩擦的緣故，變得有些粗糙，部分試樣更是斷在中部，斷口有頸縮，呈塑性斷口狀。

值得注意的是：由于鋼絞線在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，金剛砂脫落，下鉗口轉(zhuǎn)軸內(nèi)會(huì)被落入的金剛砂劃傷，故下鉗口應(yīng)覆蓋1層橡膠防護(hù)罩，并應(yīng)在每次試驗(yàn)后及時(shí)清理落下的金剛砂。建議今后修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)增加有關(guān)試驗(yàn)方法、夾具形式的內(nèi)容，以減少由于試驗(yàn)方法不同所造成的試驗(yàn)結(jié)果差異。

如何避免“缺口效應(yīng)”，本人所在的試驗(yàn)室采取另外一種辦法，使用平推鉗口的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，該形式的萬(wàn)能機(jī)上下兩個(gè)鉗口都配有平推油頂，每個(gè)油頂?shù)膴A持力在開(kāi)始拉鋼絞線的時(shí)候能達(dá)到1000kN（100噸），這樣在試驗(yàn)的時(shí)候只要在鋼絞線兩端夾持區(qū)墊上鋁片即可，省去涂抹金剛砂效率大大提高，且鋼絞線試驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)被咬斷。

3.2 鋼絞線的彈性模量

鋼絞線的彈性模量在GB/T 5224—2003第7. 3. 5條的參考值為（195±10）GPa，但不作為交貨條件。實(shí)際上，彈性模量作為預(yù)應(yīng)力施工張拉伸長(zhǎng)量計(jì)算的重要數(shù)據(jù)，是試驗(yàn)中的必測(cè)項(xiàng)目。鋼絞線的截面積是使用標(biāo)準(zhǔn)中所提供的參考值還是用實(shí)測(cè)值，這在檢測(cè)部門(mén)一直存有分歧。按GB/T 228—2010《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》的規(guī)定，應(yīng)該用實(shí)測(cè)面積，但對(duì)于如圖3所示的鋼絞線截面，如何才能準(zhǔn)確地測(cè)量出其截面積呢？方法之一是分別測(cè)量7絲的面積，然后相加。筆者建議用稱(chēng)重法測(cè)量面積，或是先測(cè)量圖中對(duì)角直徑d，然后按表1取值作為鋼絞線的實(shí)測(cè)面積。但由于存在間隙，對(duì)角直徑d難以精確測(cè)量。

圖3 鋼絞線截面示意

3.3 引伸儀標(biāo)準(zhǔn)

鋼絞線彈性模量測(cè)量使用的引伸儀標(biāo)準(zhǔn)中未作規(guī)定，各檢測(cè)單位所使用的引伸儀標(biāo)距100～600mm不等。然而鋼絞線結(jié)構(gòu)特殊，捻距約為170mm，因此只有引伸儀標(biāo)距大于200 mm時(shí)，變形的測(cè)量才不會(huì)受到鋼絞線結(jié)構(gòu)特性的影響，從而提高鋼絞線彈性模量測(cè)量的準(zhǔn)確性。引伸儀的夾持方式也應(yīng)注意。通常引伸儀的刀口是平直的，用橡皮筋固定只能夾持鋼絞線7絲中的2絲，由于各絲變形有一定程度的不均勻性，因此對(duì)彈性模量的測(cè)試還是有一些影響，建議使用用螺紋固定的環(huán)形卡式500 mm標(biāo)距的引伸儀。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼絞線在世界范圍內(nèi)被普遍用于鋼筋混凝土和斜拉橋的制造中。在惡劣的工作環(huán)境下，鋼絞線經(jīng)常產(chǎn)生腐蝕，斷絲等缺陷。這直接關(guān)系到預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的安全性，所以對(duì)鋼絞線及其組成的構(gòu)件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃月華. 基于頻率法的鋼絞線預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)研究[D].重慶交通大學(xué)，2013.

[2]李廣瑞. 預(yù)應(yīng)力混凝土中超聲波檢測(cè)方式的數(shù)值模擬研究[D].中南大學(xué)，2014.

[3]劉春艷. 混凝土橋梁內(nèi)部缺損無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)研究[D].華南理工大學(xué)，2014.