輸電鐵塔損傷改該怎么檢測(cè)

    隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和綜合國(guó)力的增強(qiáng)，土木工程結(jié)構(gòu)也向大型化、復(fù)雜化發(fā)展，例如大型海洋平臺(tái)、高聳建筑、大跨度橋梁、特高壓鐵塔等新型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，對(duì)于保證它們的可靠性就顯得非常重要。這些大型結(jié)構(gòu)使用期長(zhǎng)達(dá)幾十年、甚至上百年，環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)、疲勞效應(yīng)與突變效應(yīng)等災(zāi)害因素的禍合作用將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的損傷積累和抗力衰減，從而抵抗自然災(zāi)害、甚至正常環(huán)境作用的能力下降，極端情況下引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事故。隨著傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息采集和處理技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，采用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)重大工程結(jié)構(gòu)的工作狀況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的必要性和有效性逐步得到土木工程界的認(rèn)同，許多進(jìn)入服役中晚期和新建的重大工程結(jié)構(gòu)采用了有效的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行損傷定位和安全狀況評(píng)估，從而為及時(shí)采取修復(fù)和損傷控制措施提供科學(xué)決策依據(jù)。

由于地震、火災(zāi)、咫風(fēng)、冰雪等自然災(zāi)害或長(zhǎng)期疲勞、腐蝕的作用等原因而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的損傷和破壞，對(duì)工程結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、診斷是進(jìn)行日常維護(hù)、管理以及維修、加固的基礎(chǔ)。近年來(lái)，對(duì)重大土木工程結(jié)構(gòu)的健康狀況展開研究不僅是歐美國(guó)家也是我國(guó)正在重點(diǎn)研究的課題。1965年以來(lái)我國(guó)各地相繼發(fā)生的幾次大地震以及2008年特大暴風(fēng)雪，使土木工程界認(rèn)識(shí)到，對(duì)于已有高聳建筑物的抗震和抗極端天氣性能需要重新認(rèn)識(shí)和評(píng)估，此外由于生產(chǎn)工藝的變更和改革，使用條件的變化以及荷載標(biāo)準(zhǔn)的提高也要求重新評(píng)定結(jié)構(gòu)的健康狀況。

輸電線路基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的檢測(cè)與診斷，對(duì)于保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全意義重大。由于它們尺寸巨大，并且時(shí)刻都暴露在惡劣環(huán)境之中，易受自然災(zāi)害的影響，結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)需要耗費(fèi)大量人力財(cái)力。而智能結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)，節(jié)約了損傷檢測(cè)與維護(hù)費(fèi)用，自動(dòng)化測(cè)量，保障了測(cè)量的可靠性；停工減少與可靠性增加，保障了橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)效率，大大降低了運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。大量事實(shí)證明，長(zhǎng)時(shí)間使用或?yàn)?zāi)后造成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷很難發(fā)現(xiàn)，如果采用特定的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)技術(shù)，及時(shí)報(bào)告結(jié)構(gòu)損傷狀況，對(duì)整個(gè)社會(huì)帶來(lái)的利益是巨大的，也能夠?yàn)闉?zāi)后維修與重建提供科學(xué)的數(shù)據(jù)。國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家基本建設(shè)分為三個(gè)階段：第一階段為大規(guī)模新建；第二階段為新建與維修改造并重；第三階段重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向舊建筑的維修改造。我國(guó)已開始步入基本建設(shè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向舊建筑物維修改造的第三階段。而要確定哪些建筑物需要進(jìn)行加固、維修或是重建，并制定出最優(yōu)加固方案和維修策略，則必須正確地診斷評(píng)估這些房屋建筑的破損狀態(tài)，預(yù)側(cè)下一個(gè)目標(biāo)使用年限內(nèi)結(jié)構(gòu)的可靠度，這有著重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

  目前較為成熟的裂紋無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有超聲波檢測(cè)、磁粉探傷檢測(cè)、射線檢測(cè)、渦流檢測(cè)、滲透檢測(cè)、聲發(fā)射技術(shù)以及視覺技術(shù)等，其中視覺技術(shù)只能檢測(cè)表層裂紋，上述其他檢測(cè)技術(shù)從理論上來(lái)說(shuō)都可以檢測(cè)構(gòu)件的表層和深層裂紋，但由于其各自操作規(guī)程的特殊性以及對(duì)檢測(cè)對(duì)象的具體要求，在實(shí)際使用中都會(huì)受到測(cè)試條件、測(cè)試場(chǎng)合、對(duì)象結(jié)構(gòu)、表面質(zhì)量狀況等的限制，使得以上方法在實(shí)際中并不能通用。尤其是對(duì)在役鐵塔的裂紋檢測(cè)時(shí)需要進(jìn)行高空作業(yè)，要求檢測(cè)技術(shù)要盡量簡(jiǎn)便，設(shè)備便于攜帶、易于操作、對(duì)工況的要求要低。下面分別介紹幾種檢測(cè)方式。

超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)是利用超聲波的良好的方向性，釋放超聲波能束十分集中，同時(shí)在大多數(shù)不同介質(zhì)的界面上能夠產(chǎn)生消耗聲波比例較小的反射效果、折射效果等，也十分方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波形的轉(zhuǎn)換；對(duì)于輸電鐵塔的金屬結(jié)構(gòu)，超聲波檢測(cè)基本可以實(shí)現(xiàn)全部反射，并實(shí)現(xiàn)發(fā)射超聲波信號(hào)的良好接收，超聲波檢測(cè)儀器的探頭接收到反射的超聲波信號(hào)時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)儀器內(nèi)部處理就會(huì)顯示在輸出屏幕上，而顯示在屏幕上的是被測(cè)物體的相關(guān)缺陷的顯示波形以及實(shí)際數(shù)據(jù)，依靠上述輸出的波形和數(shù)據(jù)就可以很容易的分析出被測(cè)物體損傷的具體情況，包括損傷的具體位置，損傷的形狀以及深度情況。超聲波檢測(cè)對(duì)平整型結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)，裂紋檢測(cè)，夾層檢測(cè)的效果較好，靈敏度較高；但對(duì)于工況較為復(fù)雜，被檢測(cè)構(gòu)件形狀較為不規(guī)則且光潔度較差的構(gòu)件，檢測(cè)效果較差；同時(shí)在檢測(cè)時(shí)，需要添加與之配套的耦合劑，用來(lái)填充超聲波探頭與被測(cè)構(gòu)件之間的間隙，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超聲波的聲耦合作用以及對(duì)構(gòu)件內(nèi)部裂紋的良好的檢測(cè)目的。

磁粉探傷檢測(cè)

磁粉探傷是利用磁化效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)其損傷檢測(cè)的，當(dāng)被檢測(cè)構(gòu)件處于強(qiáng)磁場(chǎng)中，其就會(huì)受到磁感應(yīng)力作用，如果構(gòu)件上面存在裂紋缺陷以及其他缺陷時(shí)，就會(huì)對(duì)磁感應(yīng)力產(chǎn)生極大的阻力，進(jìn)而使磁感應(yīng)力在其附近形成漏磁反應(yīng)。使用磁粉探傷檢測(cè)時(shí)，將磁粉(當(dāng)前絕大部分設(shè)備使用帶有強(qiáng)磁性的氧化鐵磁粉)均勻的涂抹到被檢測(cè)構(gòu)件上，此時(shí)含有裂紋缺陷的構(gòu)件就會(huì)吸收一部分磁粉，形成一定的特殊痕跡，再利用磁粉檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)就可以得到詳細(xì)的缺陷信息。磁粉探傷檢測(cè)根據(jù)其特殊的檢測(cè)模式可以看出該檢測(cè)只適用在對(duì)磁性作用力有響應(yīng)的構(gòu)件上，同時(shí)該檢測(cè)只能檢測(cè)出損傷構(gòu)件的損傷形狀以及裂紋長(zhǎng)度，對(duì)于裂紋深度不能予以顯示；同時(shí)，對(duì)于受磁力影響較大的被檢測(cè)構(gòu)件在檢測(cè)之后需要進(jìn)行相關(guān)清理工作，因此不適用與在高空中對(duì)輸電鐵塔進(jìn)行檢測(cè)。

渦流檢測(cè)

    渦流檢測(cè)就是利用電磁感應(yīng)相關(guān)原理，即用電流沖擊被測(cè)構(gòu)件(金屬類)時(shí)，所施加的正弦波會(huì)在被測(cè)構(gòu)件附近產(chǎn)生電磁感應(yīng)，該電磁感應(yīng)電流是以沖擊點(diǎn)為中心呈同心圓分布的，故稱之為渦流，該渦流存在電阻損耗并產(chǎn)生響應(yīng)磁通，當(dāng)探頭線圈在被測(cè)構(gòu)件表面進(jìn)行探測(cè)時(shí)，如果構(gòu)件存在缺陷(尺寸缺陷，裂紋損傷等)，其所產(chǎn)生的響應(yīng)磁通就會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則變化，造成探頭線圈的阻抗也隨之改變，進(jìn)而顯示構(gòu)件的缺陷方式。渦流檢測(cè)屬于非接觸式檢測(cè)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)金屬構(gòu)件表面是否存在缺陷裂紋等的檢測(cè)。

滲透檢測(cè)

滲透檢測(cè)是利用液體對(duì)固體的滲透現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)方式，當(dāng)液體與固體接觸時(shí)，由于兩種物體不同的特性，液體會(huì)沿著固體內(nèi)部的毛細(xì)構(gòu)造進(jìn)入到固體內(nèi)部并將其濕潤(rùn)；使用滲透檢測(cè)時(shí)，用相關(guān)溶液濕潤(rùn)并滲透被檢測(cè)構(gòu)件中，再清理掉多余的溶液，并用顯像溶劑涂抹在被檢測(cè)處，該溶劑作用是將滲透到被檢測(cè)構(gòu)件中的溶液吸取出來(lái)，并把被檢測(cè)構(gòu)件的缺陷情況在顯像溶劑中以特殊的顏色顯示出來(lái)。滲透檢測(cè)具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用以及直觀的特點(diǎn)，對(duì)大型被測(cè)構(gòu)件以及不規(guī)則構(gòu)件的檢測(cè)十分便捷；但是也存在一定的缺點(diǎn)，就是只能對(duì)構(gòu)件的表面進(jìn)行檢測(cè)，操作較為復(fù)雜。

射線檢測(cè)

射線檢測(cè)就是利用穿透性強(qiáng)的射線對(duì)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，一般采用x射線或者Y射線對(duì)被測(cè)構(gòu)件進(jìn)行照射，在被測(cè)構(gòu)件對(duì)面?zhèn)确胖恋灼�，射線經(jīng)過(guò)被測(cè)構(gòu)件后會(huì)在底片處成像，經(jīng)過(guò)內(nèi)部操作后會(huì)顯示出被測(cè)構(gòu)件的缺陷情況。射線檢測(cè)的檢測(cè)效果較好，但是其造價(jià)較高且不適用與高空檢測(cè)。

聲發(fā)射檢測(cè)

    聲發(fā)射檢測(cè)是利用激勵(lì)被測(cè)構(gòu)件內(nèi)部釋放能量波而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的，對(duì)被測(cè)構(gòu)件進(jìn)行加載，構(gòu)件材料內(nèi)部會(huì)迅速釋放出彈性能量波，該彈性能量波可以被傳感器檢測(cè)并顯示出被測(cè)構(gòu)件的缺陷情況，一旦存在缺陷就會(huì)隨之進(jìn)行定位，該檢測(cè)方式對(duì)技術(shù)人員要求較高，嚴(yán)重依賴經(jīng)驗(yàn)、相關(guān)理論知識(shí)以及相關(guān)試驗(yàn)的配合，操作性負(fù)復(fù)雜，不適用輸電鐵塔的損傷檢測(cè)。

    綜上所述，對(duì)于在役輸電鐵塔的裂紋檢測(cè)從理論上而言，超聲波檢測(cè)、磁粉探傷檢測(cè)、射線檢測(cè)、渦流檢測(cè)、滲透檢測(cè)、聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)等上述六種方法都可行，但磁粉探傷與射線檢測(cè)工序繁雜，效率較低，無(wú)法在空中一次性完成檢測(cè)任務(wù)，予以放棄；聲發(fā)射檢測(cè)需對(duì)鐵塔進(jìn)行激勵(lì)且對(duì)工作人員技術(shù)要求很高，使用受限，予以放棄；渦流檢測(cè)對(duì)表面裂紋檢測(cè)具備一定的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)內(nèi)部裂紋檢測(cè)效果較差，予以放棄。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，超聲探傷對(duì)塔材裂紋檢測(cè)效果較好。