[发明专利]基于平面应力状态应力集中的桥梁缆索锈蚀监测方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程结构健康监测技术，尤其是涉及桥梁缆索结构耐久性监测、检测技术，应用于桥梁缆索结构和体外预应力索的锈蚀监测。

背景技术

桥梁缆索锈蚀损伤与缆索的防护措施有关。近年普遍采用热挤高密度聚乙烯(HDPE)护套进行防护，索体由平行高强钢丝或平行钢绞线组成，缆索结构锈蚀损伤检测与监测方法有：(1)人工方法：主要是检查索系统是否遭受锈蚀，各紧固件是否松动，索体是否有破损。优点是可定性地直观检查；缺点是检测费人力物力，检查范围有限且检测结果仅可用于定性评估，难满足定量评定要求，对突发性事故无法实现及时检测与监测。(2)超声波方法：主要用来检测平行钢丝表面裂纹、锈坑，但由于缆索由多根平行钢丝或钢绞线组成，截面形状复杂、锈蚀损伤位置不确定，超声波仅仅能检测表面缺陷，此外，锚头部位形状复杂，超声波检测存在较大的盲区。(3)声发射方法：主要用在缆索内断丝的监测，但是信号衰减较严重。(4)漏磁方法：适用于检测缆索自由段腐蚀及断丝，缺点是效率较低，检测精度和灵敏性不高。(5)放射线方法：可以检测缆索内部损伤和缺陷，能较准确地得到索体索体内部的锈蚀和断丝等损伤，缺点是为了屏蔽对人体的辐射，射线装置往往较大，不适用于实时监测。(6)电化学方法：电化学方法主要针对单根钢筋或者钢绞线，对多根平行钢丝或者钢绞线组成的缆索其检测效果欠佳，尤其现在的评定方法基本上是根据电位差的范围判断缆索的锈蚀的可能性，但受测试局部区域环境因素如温度、湿度等影响显著。(7)基于锈蚀膨胀的光纤光栅监测方法：此类方法主要基于钢筋受蚀膨胀机理，其混凝土垫层避免了干扰腐蚀界面，但透气胶层与缠绕的光纤实质上影响了离子的侵入，与真实腐蚀环境存在差别，且膨胀受混凝土挤压限制，其灵敏性和有效性尚待工程实际检验。

发明内容

本发明的目的是根据解决桥梁缆索自由段和锚头区域锈蚀实时监测与定期检测需求，在不影响缆索实际的受力状态与服役环境的条件下，通过构造高强钢丝薄片处于平面应力状态，并预留锈蚀监测面，根据锈蚀或出现应力腐蚀裂纹后局部应力集中现象，监测缆索内钢丝锈蚀与钢丝应力腐蚀裂纹，实现对桥梁缆索结构内高强钢丝或钢绞线初始锈蚀时间、锈蚀程度与应力腐蚀裂纹的监检测与预警。

为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：

一种基于平面应力状态应力集中的桥梁缆索锈蚀监测方法，所述方法包括：

1)取与监测缆索内高强钢丝或钢绞线同牌号的钢丝，在中部进行切割，取出矩形薄片作为传感元件，将该薄片矩形截面一侧作为锈蚀监测面；

2)沿钢丝矩形距锈蚀监测面不同高度位置处设置连续的应变测点，将所述薄片与辅助框架连接形成锈蚀监测装置；

3)利用锈蚀监测装置对中间钢丝薄片施加预拉应力，高强钢丝薄片形成平面应力状态，钢丝薄片的预拉应力与缆索内钢丝或钢绞线恒载索力下的拉应力相同；

4)对钢丝薄片矩形截面其它3个表面方向采用聚酯材料进行防腐保护，聚酯材料与钢丝或钢绞线间进行防腐处理；

5)将所述锈蚀监测装置布置在桥梁缆索的缆索高密度聚乙烯护套内，或锚头防护盖内；

6)当侵蚀介质侵入达到锈蚀监测面，引起锈蚀监测面锈蚀，则局部锈蚀区域形成应力集中，局部应变发生突变，根据钢丝薄片截面不同高度处布设的连续应变测点监测数据，判断缆索内钢丝或钢绞线锈蚀初始时间并计算锈蚀程度与锈蚀速率；

7)当侵蚀介质侵入达到锈蚀监测面，引起锈蚀监测面发生应力腐蚀，则钢丝应力腐蚀裂纹区域形成应力集中，局部应变发生突变，则可根据连续测点的监测数据判断应力腐蚀初始时间并通过相应计算程序计算应力腐蚀裂纹深度。

所述锈蚀监测装置(1)包括辅助框架(5)、高强钢丝薄片(4)和锚固装置(6)，所述高强钢丝薄片(4)的一个截面为锈蚀监测面(11)，在矩形截面高度方向距所述锈蚀监测面(11)不同高度处设置连续应变测点(7)并通过锚固装置(6)安装在框架(5)中，所述锚固装置(6)对高强钢丝薄片(4)进行预应力加载并锚固。

所述高强钢丝薄片(4)除锈蚀监测面(11)外的三个表面设置防腐层(9)和聚酯材料保护套(8)，进行封装。

所述连续应变测点(7)为高空间分辨率分布式光纤，通过高性能胶水粘贴在高强钢丝薄片(4)截面上，通过传输光纤与相应解调仪连接。

所述连续应变测点(7)在靠近锚固装置(6)附近预留一段高空间分辨率分布式光纤不与高强钢丝薄片(4)粘贴，用于监测温度并进行温度补偿。