截至到2017年,美国全境在役使用的桥梁超过600000座。其中几乎有9%的桥梁被分类为带有结构性缺陷的桥梁。这类桥梁都存在着重大缺陷,而且必须要实施载重限制,才能使桥梁保持安全的的状态。虽然存在结构性缺陷的桥梁不一定立即显露出危险性,但是如果不做出重大的改进,则会酿成险情。
桥梁的平均预期使用寿命为50年,但是在美国,每四座桥梁中就有一座使用时间超过了50年。为了确保桥梁(新桥和旧桥)在结构上完好无损,使车辆安全驶过,就需要对桥梁进行定期检测。为了使桥梁保持安全的状态,检测人员可以依靠不同的无损检测(NDT)技术对桥梁进行检测。传统的无损检测(NDT)方法虽然可行,但却不是最有效和最可靠的解决方案。使用现代超声检测方法对桥梁进行检测,检测人员可以获得更准确的数据、更可靠的信息。
问题
每天平均会有1.74亿车次行驶在有着结构性缺陷的桥梁之上。在桥梁的在役服务期间,车辆不断上桥和下桥对桥梁结构施与的重压,会对起着将桥梁各部分固定在一起的焊缝和螺栓产生剪切作用,并使焊缝和螺栓中出现裂纹。如果任其发展,这些缺陷可能会导致灾难性的事故发生。为了防止灾难性事故的发生,一定要尽可能快速、高效地发现诸如腐蚀和疲劳开裂等缺陷。 | 焊缝中可能会出现各种缺陷和不连续性。 |
将桥梁的钢制支架接合在一起的焊缝和螺栓特别容易产生不连续性,而这些不连续性会发展成腐蚀和开裂等缺陷。例如,当焊缝没有将钢制部件完全接合时,或者存留在焊缝中的气体产生了孔隙时,焊缝的强度就会减弱。当两个用螺栓紧固在一起的结构受到方向相反力量的作用时,会产生剪切应力,而剪切应力会削弱螺栓的连接效果。这些连接薄弱的区域是高应力集中出现的位置,而断裂缺陷就可能始于这些位置。
传统无损检测(NDT)方式
用于检测桥梁的一种传统NDT方式是液体渗透检测(PT),这种检测方式使用液体染料,使焊缝表面的裂纹显现出来。虽然渗透检测在材料方面几乎没有什么限制,而且成本相对较低,但是这种方法只能探测到表面的裂纹,发现不了表面以下的裂纹。此外,要使用渗透检测方法,检测人员必须能够直接接触到被测表面,而且还要考虑到表面粗糙度对检测灵敏度的影响。
射线成像也是一种可用于桥梁检测的传统NDT方法,不过,检测人员正在逐步淘汰这种方法。射线成像检测使用X射线生成焊缝/螺栓内部结构的摄影胶片,检测人员根据这些图像可以确定结合部位中是否存在着不连续性。不过,这种方法会带来安全隐患,因为它会发出辐射,并产生化学废料。此外,还需要额外获得许可,而且在完成了射线成像检测之后,还要对检测现场及附近区域进行清理。
一种不同级别的无损检测方式
相控阵超声检测(PAUT)是一种可以替代渗透检测和射线成像检测的安全、可靠的方案。这种方式可以提供更好的数据质量。相控阵探伤仪使用一个探头,向桥梁的支架中发射高频声波。如果支架中存在裂纹或腐蚀等缺陷,探头就会探测到发生了变化的声波。检测数据被送回到探伤仪,探伤仪再将检测数据转换为图像,检测人员借助图像来识别缺陷。
检测人员所使用的另一种高级NDT方式是涡流(EC)检测。涡流技术用于探测那些渗透检测发现不了的近表面裂纹。涡流检测的一个主要优点是可以透过表面的漆层或涂层进行检测,这点与渗透检测不同。这种检测方式有助于节省时间并降低成本,因为在检测之前,无需再进行去除涂层或漆层的准备工作。 | 使用涡流检测方式,无需去除漆层就可以对焊缝进行检测。 |
今天,54000多座桥梁的使用时间已经超出了它们的预期使用寿命,正在等待修复和/或更换,而这项工程需要37年的时间才能完成。为了维护桥梁的安全,使人们每天放心地通过,桥梁检测人员必须能够探测到任何要求采取载重限制的缺陷。在桥梁的检测过程中,相控阵超声检测(PAUT)和涡流检测(EC)已经成为可以替代放射成像检测和渗透检测的出色解决方案。