聲發(fā)射技術在工程中的應用研究

鄭旭

摘 要：聲發(fā)射技術是一種新型的無損檢測技術，具有極好的動態(tài)性，在工程領域中被廣泛的應用，其優(yōu)勢在于可以了解結構內(nèi)部的損傷程度以及發(fā)展過程。本文主要從橋梁工程以及水利巖土工程方面，論證了聲發(fā)射技術的特點以及不足，技術人員在工作中獲取了大量聲發(fā)射技術的應用資料，并結合自身研究的特點，對聲發(fā)射技術的在工程中的應用現(xiàn)狀進行了詳細的論述。

關鍵詞：聲發(fā)射技術；橋梁工程；監(jiān)測系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.109

1 聲發(fā)射技術在橋梁工程中的應用

現(xiàn)階段，世界范圍內(nèi)的很多橋梁使用時間過長，已經(jīng)逐漸老化，迫切的需要進行維修和養(yǎng)護，聲發(fā)射技術是一種很好的無損檢測技術，在計算機的支撐下，可以實現(xiàn)對大型建筑的動態(tài)性監(jiān)測。

1.1 橋梁結構壽命和損傷評價

很多研究人員對橋梁結構的聲發(fā)射以及損傷的關系進行了深入的評價，一些技術人員采用聲發(fā)射技術對應用很長時間的砌體拱橋進行了全面的分析，對砌體部分以及鋼筋混凝土部門實現(xiàn)了實時檢測，觀測并研究結構裂縫的出現(xiàn)以及發(fā)展情況，依據(jù)不同位置的聲發(fā)射傳感設備所能接收到的聲發(fā)射撞擊數(shù)量對其出現(xiàn)的位置進行了準確的定位。韓國的技術人員對橋梁的疲勞裂紋狀況進行了全面的檢測，發(fā)現(xiàn)裂縫開裂之后所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號存在著一定的特點，可以依據(jù)其對裂紋出現(xiàn)的位置進行準確的判定。另外，還對車載作用下的鋼筋混凝土橋梁的結構參數(shù)以及損傷狀況進行了研究，通過聲發(fā)射技術得到了他們相互之間的對應關系，通過這項技術能夠合理的判斷結構已經(jīng)出現(xiàn)的損傷。一些研究人員在對橋梁工程中的H型鋼的聲發(fā)射特點進行了研究，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射技術可以實現(xiàn)型鋼裂縫位置的確定，并確定聲發(fā)射信號和車輛荷載之間的相關聯(lián)系。聲發(fā)射技術的應用前景廣闊，但是在技術上仍然存在著一定的問題和難點。技術人員通過對幾十座鋼制橋梁以及鐵路開展聲發(fā)射監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射技術具有實時監(jiān)測和對裂縫進行定位的能力，但是不能夠很好的的評價鋼結構的使用狀況以及壽命，如果將聲發(fā)射技術應用于鋼筋混凝土橋板上，發(fā)現(xiàn)沖擊載荷對應著強烈的聲發(fā)射現(xiàn)象，所以，在檢測混凝土橋梁的使用狀況時，需要將車輛的行駛快慢作為一個主要的影響因素，如果移動載荷振動狀況變化明顯，也會對橋梁特定位置的聲發(fā)射狀況產(chǎn)生影響。聲發(fā)射技術在橋梁中的應用主要是合理利用聲發(fā)射速率理論來評價所使用結構的壽命，并且準確查找結構損傷的部位，合理確定聲發(fā)射參數(shù)和損傷之間的相互關系。研究人員發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射技術可以很好的應用于橋梁工程，但是在應用中仍然存在著一些問題沒有得到徹底的解決，包括：噪音以及交通引起的震動等。

1.2 橋梁主要構件的損傷檢測

橋梁的主體部分包括鋼索、鋼筋等，對保證橋梁的穩(wěn)定性具有至關重要的作用。聲發(fā)射技術除了應用于檢測主體結構外，還可以用于監(jiān)測其內(nèi)部的鋼筋、懸索等部件的損傷狀況。研究人員對瑞士一座預應力鋼筋混凝土橋梁的預應力鋼筋進行了損傷狀況的檢測，將所得的結果與鋼筋的實際狀況進行對比，發(fā)現(xiàn)檢測與實際的損傷狀況吻合良好。采用聲發(fā)射技術監(jiān)測梁的后預應力，然后分析信號，可以準確確定鋼筋的腐蝕狀況。

1.3 聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)

在不同的工程當中，其工程規(guī)模以及模式各不一致，在進行聲發(fā)射的檢測過程中，必須對信息采集系統(tǒng)設置的合理性以及布置狀況進行全面的考慮。通過使用圓形發(fā)生傳感設備監(jiān)測實際橋梁，取得了較好的效果，得到了真元數(shù)目作用于聲發(fā)射信號的模式特點。如果監(jiān)測鐵路橋梁，聲發(fā)射監(jiān)測值的確定可以通過模擬聲發(fā)射信號得到，進行定時的參數(shù)設置，并得到信號的特征。聲發(fā)射監(jiān)測技術的影響因素多，執(zhí)行過程復雜，必須提高聲發(fā)射技術操作的規(guī)范性，做好前期準備、儀表和設備的調(diào)試、傳感器的使用，程序的調(diào)節(jié)等。目前已經(jīng)完成了一套適合橋梁長度數(shù)值為10米-100米的聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，通過這一系統(tǒng)，全面評估了一座使用了45年的鋼筋混凝土橋梁。為了降低聲發(fā)射技術的監(jiān)測成本，可以采用無線信號傳輸辦法進行監(jiān)測。很多科研人員已經(jīng)把聲發(fā)射技術用于對橋梁工程進行檢測，通過監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)和資料進一步對監(jiān)測的準確性以及可靠程度進行分析和討論。發(fā)現(xiàn)這種技術在存在動態(tài)性好、零損傷、完整性強較多優(yōu)勢的同時，也存在著一定的問題，有待于日后不斷的完善，比如：操作規(guī)程還不夠合理等。

2 聲發(fā)射技術在水利和巖土工程中的應用

應用聲發(fā)射技術還可以對混凝土拱壩冬季施工以及灌漿的安全性進行準確、全面的評價。由于聲發(fā)射信號的正常頻率會在混凝土壩中有所衰減，所以可以使用頻率較低的傳感設備對聲發(fā)射活動進行探測，對多個在混凝土壩體上分布的信號進行判斷，對壩體在二次冷卻以及灌漿中的安全性進行合理的評估。除了監(jiān)控水利工程的主體結構安全以外，還可以在邊坡與護坡工程中應用聲發(fā)射技術，通過利用聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，來對水電大壩進行實時監(jiān)測，為水利工程的其他工作提供了重要的數(shù)據(jù)基礎。在探究巖石損傷演化規(guī)律的過程中，通過聲發(fā)射監(jiān)測試驗，能很好地得到其對圍巖損傷的范圍，明確現(xiàn)場支護的狀況以及應該采取的措施以及支護結構的可靠性。通過對工程現(xiàn)場的狀況監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)巖石如果發(fā)生形變或者受到破壞，均會發(fā)生異常的聲發(fā)射，可見，將聲發(fā)射技術應用于現(xiàn)場監(jiān)測是具有一定的合理性的。現(xiàn)階段，聲發(fā)射技術已經(jīng)大范圍的應用于水利以及巖土工程中，實現(xiàn)了對工程施工中以及運行中混凝土壩體以及船閘結構的實時監(jiān)測，保證了結構的安全性，通過對對護坡、邊坡巖體機構的監(jiān)測，來保證結構的穩(wěn)定性，同時，通過合理利用聲發(fā)射技術，獲取了巖石內(nèi)部的力學信息。

綜上所述，目前，已經(jīng)將聲發(fā)射技術成功的應用于土工工程中的多個領域，在橋梁工程以及水利工程中應用的范圍較廣。技術人員對聲發(fā)射技術的研究工作仍然在不斷的進行，期望通過對技術的更新和優(yōu)化，將其應用于更多的領域，并在各個領域當中取得極佳的應用效果，為其他方面工作的開展提供準確的資料和數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1]單寧.基于光纖聲發(fā)射傳感技術的橋梁監(jiān)測實驗研究[J].壓電與聲光，2011，33（02）：183-187.

[2]蔣志.聲發(fā)射技術在混凝土結構探傷和評估的應用[J].沿海企業(yè)與科技，2007（09）.