[发明专利]一种识别正交异性钢桥面板焊缝缺陷的试验装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种识别正交异性钢桥面板焊缝缺陷的试验装置和方法。

背景技术

正交异性桥面板在大跨径和特大跨径桥梁中越来越多地被采用。据统计表明，U形肋与桥面焊接裂缝是该类结构主要的损伤形式。正交异性桥面板在焊接处出现的裂纹后，如果不能及时的被发现并采取相应的补救措施，在车辆荷载的直接作用下，裂缝会迅速发展，导致维修费用大大提高，严重的情况还严重影响桥梁使用性能，给行车安全带来很大的危害。因此，为确保这类结构的安全性与可靠性，就需要提出一定的方法对正交异性桥面板的焊缝缺陷进行在线识别，及时评价材料或结构损伤状态、预测结构使用寿命并制定早期的维护计划。

正交异性桥面板的焊缝位置隐蔽，检测困难，而且裂纹分布面积广，需要在结构表面对结构整体进行扫查，传统无损检测方法具有一定的局限性。这就要求寻找一种新的行之有效的方法对该类裂纹进行检测，这种新的方法首先要对裂纹敏感，其次检测范围要大。在缺陷识别方法上，无损检测技术中发展较为成熟的超声波无损检测技术可以提供可能的解决途径。通过分布式的声传感元件，也能够提供一定区域内材料缺陷识别所需要的覆盖范围要求。

材料损伤后会表现出很强的非线性声学效应，利用材料非线性声学特性的改变来判断材料是否出现损伤是一种有效的方法。但是关于非线性超声特性的理论还不太成熟，有些非线性超声现象仍无法解释，而且关于这方面的试验方法都存在一定的局限性，针对一些特殊的工程问题还需要进一步的研究。目前也并没有一种简单可行的方法用于正交异性桥面板焊接裂缝的识别。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种识别正交异性钢桥面板焊缝缺陷的试验装置和方法，其布置方便，操作简单、测量结果能够反映正交异性钢桥面板焊接部位的状态。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种识别正交异性钢桥面板焊缝缺陷的试验装置，包括信号发生器、声发射换能器、接收换能器、加速度传感器、信号放大器、信号采集处理系统和击振锤，所述声发射换能器、接收换能器和加速度传感器通过耦合剂附着于桥面板表面，所述信号发生器发出的高频超声信号通过声发射换能器进入信号放大器放大，放大后的信号为所述信号采集处理系统获取；所述击振锤给桥面板低频振动信号，低频振动信号通过加速度传感器为所述信号采集处理系统获取。

上述方案中，所述声发射换能器通过耦合剂附着于输入点，并与信号发生器相连，接收换能器通过耦合剂附着于输出点，并与放大器相连，加速度传感器通过耦合剂附着于振动输出点，并与信号采集处理系统相连。

上述方案中，所述钢桥面板处于悬挂状态。

本发明还提供了一种使用上述试验装置识别正交异性钢桥面板焊缝缺陷的试验方法，包括以下步骤：

S1、以信号发生器发出的某一固定幅值和中心频率f_u超声信号作为对正交异性钢桥面板缺陷识别的载波信号，以击振锤敲击产生的低频振动作为对缺陷的激励信号；通过多次大小不等的多次敲击，给桥面板多个幅度不同、模态相近的低频击振信号，即多个大小不等的击振能量；

S2、通过信号采集系统获得多个通道的信号；

S3、选取低频振动频谱[f_v1,f_v2]范围，对该范围内功率谱进行积分获得超声信号所产生的低频振动能量E_v；选取高频中心频率f_u两侧[f_u-f_v2,f_u-f_v1]和[f_u+f_v1,f_u+f_v2]频率范围作为调幅旁频范围，并对该范围内功率谱进行积分获得超声信号所产生的旁频能量E_b；

S4、以旁频能量E_b为纵坐标，以捶击能量E_v为横坐标，绘制多次试验两者的关系图，进行直线拟合，绘制旁频能量和捶击能量相关直线图，并得出该直线的斜率k，以此作为衡量正交异性钢桥面板缺陷状态的表征参数；

S5、将正交异性钢桥面板检测得到的k值与初始状态下的k₀值相比较，若发生变化，则表明有缺陷产生；并通过不同状态下正交异性钢桥面板检测试验，识别缺陷发展的变化情况。

上述方案中，所述信号发生器发出的超声信号为连续正弦波，频率为40～60kHz。

上述方案中，正交异性钢桥面板处于悬挂状态，击振锤各次敲击产生的振动模态相同。