CN105004766A - 用于监测工程结构表面疲劳裂纹的方法 - Google Patents

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姜迎秋
吴玉峰
唐纪祥
金立赞
郑建华
杨珏
冷超群
齐常军
宁涛
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Abstract

本发明公开了一种用于监测工程结构表面疲劳裂纹的方法，该方法包括：预估工程结构的易开裂区域；在易开裂区域的表面布设导电格栅；记录导电格栅的电阻值的变化曲线；根据电阻值的变化曲线判断是否存在电阻值异常变化；当存在电阻值异常变化时，对工程结构实施开裂损坏预警措施。可见，本发明通过在易出现疲劳裂纹的易开裂区域布设导电格栅，能够对可能出现的疲劳裂纹实施监测，并且，通过对监测到的导电格栅的电阻值变化，还能够判断出是否存在疲劳裂纹引发疲劳开裂损坏的风险，从而，即可及时对工程结构实施开裂损坏预警措施，以助于减少工程结构坍塌失效的事故。

Description

用于监测工程结构表面疲劳裂纹的方法
技术领域
本发明涉及检测技术，特别涉及一种用于监测工程结构表面疲劳裂纹的方法。
背景技术
例如桥梁、吊车梁等承受重复荷载作用的工程结构通常容易在表面产生疲劳裂纹，并由疲劳裂纹引发疲劳开裂损坏，即，工程结构随着荷载的周期性增减变化而经历疲劳裂纹的反复开合、直至断裂，最终导致工程结构坍塌失效。
然而，由于种种原因，例如，疲劳裂纹所在的区域位置隐秘、不易抵近观察，或者，疲劳裂纹广泛分布于工程结构的表面、不易全面检查等，疲劳裂纹往往难以被人工监测，因此，疲劳裂纹引发的疲劳开裂损坏也无法被及时发现，从而无法有效避免工程结构的坍塌失效。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于监测工程结构表面疲劳裂纹的方法，包括：
预估工程结构的易开裂区域；
在易开裂区域的表面布设导电格栅；
记录工程结构使用过程中导电格栅的电阻值的变化曲线；
根据电阻值的变化曲线判断是否存在电阻值异常变化；
当存在电阻值异常变化时，对工程结构实施开裂损坏预警措施。
可选地，该方法通过仿真计算实现对易开裂区域的预估，其中，易开裂区域包括高应力幅区域和/或应力幅集中区域，和/或，该方法依据同类型工程结构的开裂历史记录实现对易开裂区域的预估，其中，易开裂区域包括同类型工程结构发生开裂的同位置区域。
可选地，导电格栅完全覆盖易开裂区域。
可选地，该方法进一步预估工程结构在易开裂区域的裂纹走向，并且，导电格栅的栅条延伸方向与预估的裂纹走向垂直。或者，该方法在易开裂区域布设两个叠放的导电格栅，并且，两个叠放的导电格栅的栅条延伸方向相互垂直。
可选地，导电格栅为预成型的金属丝格栅。或者，导电格栅为通过导电涂膜工艺在易开裂区域现场成型的导电格栅膜。
可选地，电阻值异常变化包括突变和/或断路。
如上可见，本发明通过在易出现疲劳裂纹的易开裂区域布设导电格栅，能够对可能出现的疲劳裂纹实施监测，并且，通过对监测到的导电格栅的电阻值变化，还能够判断出是否存在疲劳裂纹引发疲劳开裂损坏的风险，从而，即可及时对工程结构实施开裂损坏预警措施，以助于减少工程结构坍塌失效的事故。
附图说明
图1为本发明实施例用于监测工程结构表面疲劳裂纹的方法的示例性流程示意图；
图2a和图2b为基于如图1所示方法实现的一监测实例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
由于疲劳裂纹不易被人工监测，因此，在一个实施例中，改为使用导电格栅对疲劳裂纹实施自动监测，即，导电格栅能够随疲劳裂纹的反复开合而发生形变，通过导电格栅响应自身形变的电阻值变化，即可判断出疲劳裂纹的开裂程度。其中，此处所提到的电阻值变化，可以理解为导电格栅在疲劳裂纹处的栅条濒临断裂时因接触不良所致的电阻值跳变，这区别于惯常的应力应变测试中的电阻值变化。
虽然工程结构出现疲劳裂纹的位置存在一定的不确定性，但通过仿真计算和/或历史经验分析，仍可以预估出工程结构容易出现疲劳裂纹的易开裂区域，相应地，通过在预估的易开裂区域布置导电格栅，能够最大程度地对工程结构可能出现的疲劳裂纹实施自动监测，以便于及时发现疲劳裂纹引发的疲劳开裂损坏并采取预警措施，以助于减少工程结构坍塌失效的事故。
请参见图1，该实施例中用于监测工程结构表面疲劳裂纹的方法包括：
S11，预估工程结构的易开裂区域。
如前文所述，本步骤的预估可以通过仿真计算和/或历史经验分析予以实现，其中，所述的历史经验可以是依据同类型工程结构的开裂历史记录。
当通过仿真计算实现对易开裂区域的预估时，预估的易开裂区域可以包括高应力幅区域和/或应力幅集中区域，所述的高应力区域是指仿真应力高于预设阈值的区域，所述的应力幅集中区域则是指仿真应力幅的分布密度高于预设阈值的区域。
当依据同类型工程结构的开裂历史记录实现对易开裂区域的预估时，易开裂区域可以包括同类型工程结构发生开裂的同位置区域。
S12，在易开裂区域的表面布设导电格栅。
实际应用中，导电格栅优选地完全覆盖易开裂区域。
并且，本步骤所述的布设导电格栅可以是在易开裂区域粘贴预成型的金属丝格栅，所述的金属丝格栅可以通过蛇形盘绕金属丝预成型，或者，也可以是通过导电涂膜工艺在易开裂区域现场成型的导电膜格栅。两种方式相比，前一种方式的施工操作简单、施工效率更高，而后一种方式则更适用于工程结构表面形状复杂、不易执行粘贴操作的情况。
另外，若S11在预估易开裂区域的同时，还能够进一步预估易开裂区域中可能出现的裂纹走向，则本步骤布设的导电格栅的栅条延伸方向优选地与预估的裂纹走向垂直，以便于导电格栅可以更精准地响应疲劳裂纹的开合。但若S11没有预估得到裂纹走向，则本步骤可以在易开裂区域布设两个叠放的导电格栅，并且，两个叠放的导电格栅的栅条延伸方向相互垂直，以便于尽可能地全方位涵盖可能出现的裂纹走向。
S13，记录工程结构使用过程中导电格栅的电阻值的变化曲线。
实际应用中，若导电格栅所在的易开裂区域无疲劳裂纹，则电阻值的变化曲线可能呈近似直线的形状；若导电格栅所在的易开裂区域出现疲劳裂纹，则由于导电格栅会随着疲劳裂纹的反复开合而反复伸缩，因而其电阻值的变化曲线会近似地呈上下波动的波浪状。
并且，电阻值的变化曲线既可以由电阻值本身表示，也可以由电流值或电压值替代表示。
S14，根据电阻值的变化曲线判断是否存在电阻值异常变化。
实际应用中，本步骤所述的电阻值异常变化可以包括突变和/或断路。其中，电阻值的突变可能是由于疲劳裂纹的开合幅度过大，导致导电格栅的电阻值波动范围过大；而断路，则是指疲劳裂纹张开的幅度超过导电格栅的承受能力被拉断，即，电阻值变为无穷大。此处列举的这两种异常变化，可能只出现突变、而不出现断路，或者，也可能是先发生突变、后发生断路，再或者，还可能是未经过突变而直接发生断路。
S15，当存在电阻值异常变化时，对工程结构实施开裂损坏预警措施。
实际应用中，本步骤所述的开裂损坏预警措施，可以包括现场核查、现场修复等措施。
为了更好地理解上述的实施例，下面，再结合一具体实例进行详细说明。
请参见图2a和图2b，以工程结构为吊车梁20为例。其中，图2a为该吊车梁20的轴侧图，图2b为该吊车梁20沿水平方向的截面图。
该吊车梁20包括上翼缘板21、下翼缘板22、以及连接在上翼缘板21和下翼缘板22之间的腹板。
经过S11的预估，下翼缘板22在腹板23的一侧存在易开裂区域201，并且，S11还同时预估出易开裂区域201中可能出现的裂纹202走向。
因此，通过S12，导电格栅30被布设在易开裂区域201中。其中，导电格栅30覆盖易开裂区域201的完整区域，并且，导电格栅30的栅条300与预估的裂纹202走向垂直。
此后，S213利用与导电格栅30电连接的测量仪40，即可获取到导电格栅200的电阻值变化曲线，并且，当易开裂区域201中出现与预估的裂纹202走向和位置相同或相似的真实疲劳裂纹时，通过S14的判断即可及时发现、并通过S15实施开裂损坏预警措施。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于监测工程结构表面疲劳裂纹的方法，其特征在于，该方法包括：
预估工程结构的易开裂区域；
在易开裂区域的表面布设导电格栅；
记录工程结构使用过程中导电格栅的电阻值的变化曲线；
根据电阻值的变化曲线判断是否存在电阻值异常变化；
当存在电阻值异常变化时，对工程结构实施开裂损坏预警措施。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法通过仿真计算实现对易开裂区域的预估，其中，易开裂区域包括高应力幅区域和/或应力幅集中区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法依据同类型工程结构的开裂历史记录实现对易开裂区域的预估，其中，易开裂区域包括同类型工程结构发生开裂的同位置区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导电格栅完全覆盖易开裂区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步预估工程结构在易开裂区域的裂纹走向，并且，导电格栅的栅条延伸方向与预估的裂纹走向垂直。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在易开裂区域布设两个叠放的导电格栅，并且，两个叠放的导电格栅的栅条延伸方向相互垂直。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导电格栅为预成型的金属丝格栅。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导电格栅为通过导电涂膜工艺在易开裂区域现场成型的导电格栅膜。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电阻值异常变化包括突变和/或断路。
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