聲發(fā)射技術(shù)在工程中的應(yīng)用研究

鄭旭

摘 要：聲發(fā)射技術(shù)是一種新型的無損檢測(cè)技術(shù)，具有極好的動(dòng)態(tài)性，在工程領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)在于可以了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷程度以及發(fā)展過程。本文主要從橋梁工程以及水利巖土工程方面，論證了聲發(fā)射技術(shù)的特點(diǎn)以及不足，技術(shù)人員在工作中獲取了大量聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用資料，并結(jié)合自身研究的特點(diǎn)，對(duì)聲發(fā)射技術(shù)的在工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

關(guān)鍵詞：聲發(fā)射技術(shù)；橋梁工程；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.109

1 聲發(fā)射技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，世界范圍內(nèi)的很多橋梁使用時(shí)間過長(zhǎng)，已經(jīng)逐漸老化，迫切的需要進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，聲發(fā)射技術(shù)是一種很好的無損檢測(cè)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)的支撐下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型建筑的動(dòng)態(tài)性監(jiān)測(cè)。

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)壽命和損傷評(píng)價(jià)

很多研究人員對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的聲發(fā)射以及損傷的關(guān)系進(jìn)行了深入的評(píng)價(jià)，一些技術(shù)人員采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)應(yīng)用很長(zhǎng)時(shí)間的砌體拱橋進(jìn)行了全面的分析，對(duì)砌體部分以及鋼筋混凝土部門實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)，觀測(cè)并研究結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)以及發(fā)展情況，依據(jù)不同位置的聲發(fā)射傳感設(shè)備所能接收到的聲發(fā)射撞擊數(shù)量對(duì)其出現(xiàn)的位置進(jìn)行了準(zhǔn)確的定位。韓國(guó)的技術(shù)人員對(duì)橋梁的疲勞裂紋狀況進(jìn)行了全面的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂縫開裂之后所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)存在著一定的特點(diǎn)，可以依據(jù)其對(duì)裂紋出現(xiàn)的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的判定。另外，還對(duì)車載作用下的鋼筋混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及損傷狀況進(jìn)行了研究，通過聲發(fā)射技術(shù)得到了他們相互之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過這項(xiàng)技術(shù)能夠合理的判斷結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)的損傷。一些研究人員在對(duì)橋梁工程中的H型鋼的聲發(fā)射特點(diǎn)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)型鋼裂縫位置的確定，并確定聲發(fā)射信號(hào)和車輛荷載之間的相關(guān)聯(lián)系。聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，但是在技術(shù)上仍然存在著一定的問題和難點(diǎn)。技術(shù)人員通過對(duì)幾十座鋼制橋梁以及鐵路開展聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射技術(shù)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和對(duì)裂縫進(jìn)行定位的能力，但是不能夠很好的的評(píng)價(jià)鋼結(jié)構(gòu)的使用狀況以及壽命，如果將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于鋼筋混凝土橋板上，發(fā)現(xiàn)沖擊載荷對(duì)應(yīng)著強(qiáng)烈的聲發(fā)射現(xiàn)象，所以，在檢測(cè)混凝土橋梁的使用狀況時(shí)，需要將車輛的行駛快慢作為一個(gè)主要的影響因素，如果移動(dòng)載荷振動(dòng)狀況變化明顯，也會(huì)對(duì)橋梁特定位置的聲發(fā)射狀況產(chǎn)生影響。聲發(fā)射技術(shù)在橋梁中的應(yīng)用主要是合理利用聲發(fā)射速率理論來評(píng)價(jià)所使用結(jié)構(gòu)的壽命，并且準(zhǔn)確查找結(jié)構(gòu)損傷的部位，合理確定聲發(fā)射參數(shù)和損傷之間的相互關(guān)系。研究人員發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射技術(shù)可以很好的應(yīng)用于橋梁工程，但是在應(yīng)用中仍然存在著一些問題沒有得到徹底的解決，包括：噪音以及交通引起的震動(dòng)等。

1.2 橋梁主要構(gòu)件的損傷檢測(cè)

橋梁的主體部分包括鋼索、鋼筋等，對(duì)保證橋梁的穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。聲發(fā)射技術(shù)除了應(yīng)用于檢測(cè)主體結(jié)構(gòu)外，還可以用于監(jiān)測(cè)其內(nèi)部的鋼筋、懸索等部件的損傷狀況。研究人員對(duì)瑞士一座預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行了損傷狀況的檢測(cè)，將所得的結(jié)果與鋼筋的實(shí)際狀況進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)與實(shí)際的損傷狀況吻合良好。采用聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測(cè)梁的后預(yù)應(yīng)力，然后分析信號(hào)，可以準(zhǔn)確確定鋼筋的腐蝕狀況。

1.3 聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在不同的工程當(dāng)中，其工程規(guī)模以及模式各不一致，在進(jìn)行聲發(fā)射的檢測(cè)過程中，必須對(duì)信息采集系統(tǒng)設(shè)置的合理性以及布置狀況進(jìn)行全面的考慮。通過使用圓形發(fā)生傳感設(shè)備監(jiān)測(cè)實(shí)際橋梁，取得了較好的效果，得到了真元數(shù)目作用于聲發(fā)射信號(hào)的模式特點(diǎn)。如果監(jiān)測(cè)鐵路橋梁，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)值的確定可以通過模擬聲發(fā)射信號(hào)得到，進(jìn)行定時(shí)的參數(shù)設(shè)置，并得到信號(hào)的特征。聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)的影響因素多，執(zhí)行過程復(fù)雜，必須提高聲發(fā)射技術(shù)操作的規(guī)范性，做好前期準(zhǔn)備、儀表和設(shè)備的調(diào)試、傳感器的使用，程序的調(diào)節(jié)等。目前已經(jīng)完成了一套適合橋梁長(zhǎng)度數(shù)值為10米-100米的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過這一系統(tǒng)，全面評(píng)估了一座使用了45年的鋼筋混凝土橋梁。為了降低聲發(fā)射技術(shù)的監(jiān)測(cè)成本，可以采用無線信號(hào)傳輸辦法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。很多科研人員已經(jīng)把聲發(fā)射技術(shù)用于對(duì)橋梁工程進(jìn)行檢測(cè)，通過監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)和資料進(jìn)一步對(duì)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性以及可靠程度進(jìn)行分析和討論。發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)在存在動(dòng)態(tài)性好、零損傷、完整性強(qiáng)較多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也存在著一定的問題，有待于日后不斷的完善，比如：操作規(guī)程還不夠合理等。

2 聲發(fā)射技術(shù)在水利和巖土工程中的應(yīng)用

應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)還可以對(duì)混凝土拱壩冬季施工以及灌漿的安全性進(jìn)行準(zhǔn)確、全面的評(píng)價(jià)。由于聲發(fā)射信號(hào)的正常頻率會(huì)在混凝土壩中有所衰減，所以可以使用頻率較低的傳感設(shè)備對(duì)聲發(fā)射活動(dòng)進(jìn)行探測(cè)，對(duì)多個(gè)在混凝土壩體上分布的信號(hào)進(jìn)行判斷，對(duì)壩體在二次冷卻以及灌漿中的安全性進(jìn)行合理的評(píng)估。除了監(jiān)控水利工程的主體結(jié)構(gòu)安全以外，還可以在邊坡與護(hù)坡工程中應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)，通過利用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，來對(duì)水電大壩進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為水利工程的其他工作提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在探究巖石損傷演化規(guī)律的過程中，通過聲發(fā)射監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，能很好地得到其對(duì)圍巖損傷的范圍，明確現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)的狀況以及應(yīng)該采取的措施以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性。通過對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的狀況監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)巖石如果發(fā)生形變或者受到破壞，均會(huì)發(fā)生異常的聲發(fā)射，可見，將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是具有一定的合理性的。現(xiàn)階段，聲發(fā)射技術(shù)已經(jīng)大范圍的應(yīng)用于水利以及巖土工程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程施工中以及運(yùn)行中混凝土壩體以及船閘結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證了結(jié)構(gòu)的安全性，通過對(duì)對(duì)護(hù)坡、邊坡巖體機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，來保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)，通過合理利用聲發(fā)射技術(shù)，獲取了巖石內(nèi)部的力學(xué)信息。

綜上所述，目前，已經(jīng)將聲發(fā)射技術(shù)成功的應(yīng)用于土工工程中的多個(gè)領(lǐng)域，在橋梁工程以及水利工程中應(yīng)用的范圍較廣。技術(shù)人員對(duì)聲發(fā)射技術(shù)的研究工作仍然在不斷的進(jìn)行，期望通過對(duì)技術(shù)的更新和優(yōu)化，將其應(yīng)用于更多的領(lǐng)域，并在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中取得極佳的應(yīng)用效果，為其他方面工作的開展提供準(zhǔn)確的資料和數(shù)據(jù)。

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