По состоянию на 2017 год, в США эксплуатируется более 600 000 мостов. Почти 9% этих мостов относятся к категории «структурно дефектные». Это означает, что они включают один или несколько существенных дефектов и требуют введения ограничений для обеспечения безопасности. Cтруктурно дефектный мост не является неизбежно опасным, но он может им стать, если не будут предприняты необходимые меры.
Прогнозируемый срок службы моста составляет 50 лет, но примерно каждый четвертый мост в США старше. Чтобы гарантировать надежность, долговечность и безопасность моста, необходимо проводить регулярный контроль. Для обеспечения безопасности мостов, используются различные методы неразрушающего контроля (НК). Несмотря на функциональность, традиционные методы НК не являются наиболее эффективными и надежными. Современные методы ультразвукового контроля позволяют получать более точные данные.
Проблематика
В среднем, 174 млн. поездок в день совершаются по структурно дефектным мостам. В течение всего срока службы моста, постоянная нагрузка приводит к образованию трещин и сдвигов в сварных швах и болтовых соединениях сооружения. Если трещины будут продолжать расти, это приведет к катастрофическим последствиям. Чтобы избежать такой ситуации, важно как можно быстрее выявить дефекты (коррозию и усталостное растрескивание). |  Возможные дефекты и несплошности в сварном шве. |
Сварные швы и болтовые соединения стальных опор особенно подвержены нарушению целостности, коррозионному растрескиванию. Например, в случае неполного сплавления с основным металлом, в сварном шве образуются газовые поры (отверстия) и его прочность уменьшается. Болтовое соединение может быть ослаблено касательным напряжением, которое возникает при воздействии двух противоположных сил на скрепленные конструкции. Эти слабые участки создают концентрированные точки высокого напряжения, и именно здесь образуются трещины.
Традиционные методы НК
Один из традиционных методов НК, используемых для контроля мостов, — это контроль проникающими веществами (капиллярный), в котором используется жидкий пенетрант для выявления поверхностных трещин в сварных швах. Несмотря на то, что капиллярный контроль не требует больших материальных ресурсов и является относительно недорогим, данный метод НК ограничивается выявлением только поверхностных трещин и не позволяет обнаружить подповерхностные трещины. Кроме того, для проведения капиллярного контроля необходим прямой доступ к исследуемой поверхности, а шероховатость поверхности может повлиять на чувствительность контроля.
Радиографический контроль (РК) — еще один традиционный метод НК, используемый для контроля мостовых конструкций; данный метод постепенно теряет свою актуальность. Радиографический контроль использует рентгеновские лучи для создания фотографической пленки внутренней структуры сварных/болтовых соединений и выявления несплошностей. Метод РК несет в себе определенные риски для здоровья дефектоскопистов, поскольку работать приходится с вредными излучениями. Кроме того, для проведения РК требуется специальная лицензия, а территория, где происходит радиографический контроль, должна быть оборудована защитным покрытием и освобождена от посторонних лиц.
Современные методы НК
Ультразвуковой контроль фазированными решетками (УЗК ФР) представляет собой более безопасную, надежную и очевидную альтернативу капиллярному и радиографическому методам НК, обеспечивая лучшее качество данных. Дефектоскоп на фазированных решетках использует преобразователь для генерации высокочастотных звуковых волн, которые проникают в мостовые опоры. При наличии дефекта —трещины или коррозии — преобразователь детектирует измененные звуковые волны. Данные отправляются обратно в дефектоскоп, где преобразуются в визуальное представление, которое контролер использует для выявления дефектов.
Еще один усовершенствованный метод НК — вихретоковый контроль (ВТК). Вихретоковый контроль используется для обнаружения подповерхностных трещин, которые плохо выявляются капиллярным методом. Основным преимуществом ВТК является то, что, в отличие от капиллярного метода, его можно использовать на поверхностях с покрытием. Это существенно экономит время и сокращает затраты, поскольку больше нет необходимости снятия покрытия для выполнения контроля. |  Вихретоковый метод позволяет проверить сварные швы без снятия красочного покрытия. |
Сегодня более 54 000 мостов старше прогнозируемого срока службы и должны быть реконструированы или капитально отремонтированы. Реализация такого проекта займет тридцать семь лет. Для обеспечения безопасности мостовых сооружений, контролеры должны иметь возможность выявить любые дефекты, требующие введения ограничений по пропуску нагрузок. Дефектоскопы УЗК ФР и ВТК являются отличной альтернативой РК и капиллярному методу.
Источники
American Society of Civil Engineers 2017 Infrastructure Report Card
American Road and Transportation Builders Association 2018 Deficient Bridge Report
См. также
Контроль болтовых соединений мостов с использованием фазированной решетки
Ультразвуковые фазированные решетки как замена радиографическому контролю (РК)
Ручной контроль сварных швов с использованием вихревых токов