CN110879278A - 一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法 - Google Patents
一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法，包括以下几个步骤；S1：引进先进的相控阵缺陷成像检测技术应用于钢管杆焊缝检测中，对缺陷的性质、大小和严重程度做出准确判断，实现钢管杆超标缺陷无损评价；S2:研究焊接温度对薄壁离心混凝土钢管塔性能的影响；S3:钢管混凝土黏结状况无损检测方法试验；S4：确定含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔容许缺陷尺寸的安全评定方法；S5:含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔补强方案的研究；进行不同补强方案下含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔的强度校核，比较分析不同补强方案的可行性、经济性。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土钢管塔技术领域，主要涉及一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法。
背景技术
无拉线杆塔以其简洁的结构形式、优美的外观造型、占地少、安装方便等优点在输电线路上得到了广泛应用。本着技术先进、安全可靠、经济高效的原则，杆体材料的应用也逐步向高强钢方面发展，如一些线路采用的Q345钢、Q460钢钢管杆。不同结构形式的钢管杆经济性和安全性具有很大差别，因此，必须在设计阶段比较不同形式杆塔的经济性，在制造安装阶段严把质量关，确保电网安全经济运行。特别是一些新型的钢管杆结构如离心成型的空心钢管混凝土结构，如果忽视生产质量，将会造成不可估量的安全事故。
2009年11月，河南省大部分地区出现降温、冻雨天气，在这次大风、冻雨恶劣天气影响下，某供电公司由于110kV变电站站外进线杆塔覆冰严重，造成2基薄壁钢管塔倒塔，倒塔后根据现场勘察，倒落地面的2基铁塔均为薄壁离心混凝土钢管塔，出站2#塔距地面4-5米处折断，出站3#塔距地面7-8米处折断，导地线及光缆全部落地，出站1#塔地线横担受轻微变形。
该线路投运于2001年12月，线路全长6.16公里，全线杆塔31基，110kV漯沙线投运于2001年09月，线路全长8.98公里，全线杆塔43基。两条线路双回路同塔架设导、地线型号均为：LGJ-300、GJ-50，其中：沙北站出站2号塔，型号为：BGSJ-900-18，呼称高18 米，全高29米，基础连接形式为法兰连接，灌注桩基础，沙北站出站3号塔，型号为：BGSZ-24，呼称高24米，全高35.5米，基础连接形式为插接二次浇注方式，大块基础；全线导线防振均为普通防振锤防振，全线未加装防舞动装置。
河南省电力公司生技部组织相关单位进行原因分析，一致认为110kV变电站站外进线杆塔受天气因素影响造成导线覆冰厚度达到10-13毫米，导线荷载急剧增加，同时并伴随导线舞动幅度的逐步加大，杆塔受导线张力工况荷载增大并发生受力变化是造成本次倒塔事件的诱因，薄壁离心混凝土钢管塔严重的加工质量问题是本次倒塔事件的主要原因。
焊接工艺失控导致倒塔断裂的焊缝无打底焊道，只由占焊缝厚度三分之一的上表面盖面焊接层，焊缝强度严重不合格。
发明内容
本发明提供一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法用以解决背景技术中提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法，包括以下步骤；
S1：引进先进的相控阵缺陷成像检测技术应用于钢管杆焊缝检测中，对缺陷的性质、大小和严重程度做出准确判断，实现钢管杆超标缺陷无损评价；
S2：研究焊接温度对薄壁离心混凝土钢管塔性能的影响；首先进行焊接温度场数值模拟计算，然后在试块焊缝内表面、混凝土中心厚度处和混凝土外表面埋入热电偶，进行焊接补强时测量温度数据；焊接完成后进行混凝土黏结状况检验和混凝土抗压性能试验；
S3：钢管混凝土黏结状况无损检测方法试验；采用12mm厚钢板上部振动浇注混凝土，混凝土和钢板结合面一半打上肥皂水，一半喷砂处理，模拟钢管混凝土黏结状况；然后进行无损探伤检验，记录每种黏结状况下的无损检测数据，为现场钢管塔黏结状况无损检验提供技术支持；
S4：确定含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔容许缺陷尺寸的安全评定方法；根据设计载荷条件，提出含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔的最大可允许裂纹标准，通过该标准指导带焊接裂纹构件安全性评估；
S5：含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔补强方案的研究；进行不同补强方案下含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔的强度校核，比较分析不同补强方案的可行性、经济性。
进一步的，S1采用国际先进的超声相控阵无损检测方法对焊缝缺陷进行成像扫查，定性、定量表达被检对象缺陷大小、深度、高度、性质等各项参数及焊缝缺陷3D视图。
进一步的，S2结合漯车线#49薄壁离心混凝土钢管塔超声相控阵检测结果，建立断裂力学有限元模型，计算不同裂纹长度下的线弹性应力强度因子，并根据塑性屈服理论对线弹性应力强度因子进行修正；经过和许用应力强度因子比较，得到允许的最大环向裂纹长度。
进一步的，采用试验与数值模拟相结合的方法，对试验塔杆的数值模拟方法以及补强方法进行研究；首先加工规格相同的薄壁离心混凝土电杆两根，模拟整圈1/2壁厚未焊透缺陷，其中一根在养护期满后在焊缝处进行补强焊接，两根分别进行弯曲试验，测试其在加载过程中的应力应变数据；两根试验杆塔的有限元计算应变与实验结果进行对比，分析有限元计算结果是否正确；并对两根试验杆塔的试验结果进行对比，分析补强方法是否合适。
进一步的，对钢板混凝土试块进行焊接温度场数值计算，然后测量焊接补强时钢管和混凝土的温度场数据，两者数据结果进行对比分析，确定焊接温度场数值计算方法的正确性；对钢管混凝土杆塔进行焊接温度场数值计算，得到其温度场分布情况，评估温度对混凝土性能的影响。
进一步的，黏结状态超声波检测方法：由于薄壁离心混凝土钢管塔外壁钢材一般为Q235 结构用钢，Q235钢具有各项同性，声速约为5900m/s，密度为7800kg/m3；普通混凝土为水泥与沙石的混合物，表观密度为1950～2500kg/m3，是土木工程中最常用的混凝土品种，声速约为4120m/s；既Z表征介质声学特性的重要物理量：Z＝ρc
超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两种介质的分界面上，一部分能量反射回原介质内，称反射波；另一部分能量透过界面在另一种介质内传播，称透射波；我们根据超声波在异质界面产生反射、透射的特性，采用超声波检测方法来评价钢管与混凝土界面的黏结状态。
进一步的，焊接补强方法：首先研究8块板加强方案(编号为1－8的加强板)；从理论角度考虑，8块板应尽可能的放置在环向裂纹附近；为了应对不可预料的突发因素可能导致的加载方向的改变，8块加强板被均匀放置，任意相邻两块加强板之间的夹角为45度；
首先研究对43.23度环向焊接缺陷(对应缺陷长度344mm)的应力强度因子加强前后的变化规律；计算过程中，加强板的厚度分别设置为10mm，15mm和20mm；从计算结果可以看出，随着加强板厚度的增加，环向焊缝缺陷前缘的应力强度因子逐步降低，当加强板厚度增至20mm时，应力强度因子值降至69.8MPa m1/2，但该值仍然超过许可应力强度因子62.18MPa m1/2；因此单纯提高加强板的厚度不能带来明显的增强效果，原因在于板和板之间的空隙过大，而环向焊缝缺陷处于两块加强板之间，加强板带来的局部加强效果对环向焊缝缺陷的影响有限。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以输电线路在役的薄壁离心混凝土钢管塔为研究对象，综合采用现场检测、缺陷分类、实验、理论分析、计算机仿真等方法，由理论分析到工程应用，遵循循序渐进、由浅入深的研究思路，制定详细的研究方案，对钢管塔根部未焊透焊接缺陷进行了细致的研究。
主要创新点包括：
(1)首次利用超声相控阵检测技术对薄壁离心混凝土钢管塔焊接缺陷进行了3D成像，定性、定量检测及分析。
(2)通过对含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔的有限元计算分析，从断裂力学角度给出了含未焊透缺陷薄壁离心混凝土钢管塔免于评定的缺陷容许尺寸，初步提出一种对含未焊透缺陷薄壁离心混凝土钢管塔的安全评定方法。
(3)本发明首次确定通过焊接补强的方式加固含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔，通过相关试验和数值计算提出了补强标准和措施，方案安全可行、施工简便、经济合理。
(4)本发明进行了薄壁离心混凝土钢管杆塔的焊接补强和弯曲试验，首次研究了薄壁离心混凝土钢管塔在焊接过程中的温度场分布情况，评估了焊接温度和弯曲荷载对混凝土性能的影响。
首次采用超声波检测方法对薄壁离心混凝土钢管塔钢管与混凝土黏结状态进行了检测，通过波形、幅度、包络图等特征值判断二者黏结状态是否良好，为薄壁离心混凝土钢管塔结构的性能诊断提供依据。
附图说明
图1是本发明薄壁离心混凝土钢管塔常见缺陷图；
图2是本发明43.23度环向焊接缺陷的应力强度因子随加强板厚度的变化规律图；
图3是本发明加强前后应力强度因子随环向焊接缺陷长度的变化规律图；
图4不同加强板数量对焊接缺陷应力强度因子的影响图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
实施例1，黏结状态超声波检测
超声波检测原理：当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波，在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波。
设入射波的声压为P0(声强为I0)、反射波的电压为Pr(声强为Ir)、透射波的声压为Pt (声强为It)。
界面上反射波声压P与入射波声压P0之比称为界面的声压反射率，用r表示，即r＝Pr/P0。
界面上透射波声压Pt与入射波声压P0之比称为界面的声压透射率，用t表示，即t＝Pt/P0。
在界面两侧的声波，必须符合下列两个条件：
(1)界面两侧的总声压相等，即p0+pr＝pt(相位关系，力平衡)
(2)界面两侧质点振动速度幅值相等，即(p0-pr)/Z1＝pt/Z2(能量平衡)
由上述两边界条件和声压反射率、透射率定义得：
解上述联立方程得声压反射率r和透射率t分别为：
界面上反射波声强Ir与入射波声强I0之比称为声强反射率，用R表示。
界面上透射波声强It与入射波声强I0之比称为声强透射率，用T表示。
超声波垂直入射到平界面上时，声压或声强的分配比例仅与界面两侧介质的声阻抗有关。
由以上几式可以导出：
T+R＝1 t-r＝1
若二者黏结状态良好，即超声波垂直入射到钢管与混凝土黏结界面时，钢中声阻抗 Z1＝4.50×106g/cm2·s，混凝土中声阻抗Z2＝1.07×106g/cm2·s，则超声波在钢/混凝土界面的声压反射率r、透射率t及声强反射率R、透射率T为：
R＝r2＝0.6162＝0.379
若钢管与混凝土产生脱层，二者中间会有空气进入，当采用超声波从外部垂直入射时，这时的界面变为钢/空气界面。钢中声阻抗Z1＝4.50×106g/cm2·s，空气的声阻抗Z2＝4× 10-5g/cm2·s，则超声波在钢/空气界面的声压反射率r、透射率t及声强反射率R、透射率T 为：
R＝r2＝(-1)2＝1
根据上述计算结果可以看出，钢管与混凝土结合状态良好时，界面的声压反射率为61％；当发生脱层时，声压反射率为100％。当黏结状态改变时，界面的对超声波的声压反射率也随之变化，采用专用的超声波检测仪器，通过测定声压反射率的变换判断钢管与混凝土黏结状态。
综上所述，在上述检测工艺下，对试验杆塔补强加固位置焊接前后的黏结状态进行检测，根据焊接温度场分布结果可知，焊接过程中筋板中间点位置达到的温度最高，选取该位置作为试验点，分析焊接前后温度变化对黏结状态的影响。
首先，在对比试块上进行灵敏度校验，设置好灵敏度曲线，对加固位置(最高温度区域) 进行测试，分别测量焊接前后的黏结状态，对回波分贝差及回波包络图进行分析，以第6次界面回波为例采集数据，具体数据见表
从检测数据看出，加固位置焊前与焊后的黏结界面回波分贝差在1dB以内，即在该焊接工艺下，焊接过程中产生的温度对界面反射波幅基本无影响。
且加固位置焊接前后界面回波包络图基本相同，均未超过灵敏度曲线，即该区域焊接前后黏结状态变化不明显，且黏结状况良好。从加固补强位置检测结果可以得出，该焊接工艺条件下，焊接温度场对补强位置黏结状态无影响。
(2)试验杆塔弯曲前后的黏结状态分析
本次弯曲试验共制备2根试验杆塔，其中#1试验杆塔未加固补强，#2试验杆塔对焊缝加固补强，分别进行弯曲试验。按照上述检测工艺，对弯曲试验前后的黏结状态进行对比试验，分析试验杆塔在外力作用后的黏结状况。
(一)#1试验杆塔(未加固杆塔)黏结状态分析
在对比试块上进行灵敏度校验，设置好灵敏度曲线，对焊缝附近区域(最大受力处)焊接前后的黏结状态进行测试，分析界面回波分贝差及回波包络图，以第6次界面回波为例采集数据。#1杆塔(未加固杆塔)黏结状态试验数据见表6-6-5：
表6-6-5 #1杆塔弯曲试验前后界面回波幅度(dB)
从检测数据看出，弯曲试验前后的黏结界面回波分贝差在7.8dB～17.8dB，在焊缝附近整圈范围内，钢管与混凝土的黏结状况与初始状态有着明显的区别，整个区域均发生黏结不良，但未完全脱离；黏结状况最大变化区域为6点钟方向—最大塑性变形区域，其余位置相对较小，弯曲试验后，焊缝位置黏结状态发生明显变化，整圈范围内产生不同程度的黏结不良。
且从上述数据，可得焊缝区域弯曲试验前后界面回波包络图区别很大，杆塔受外力拉伸后，焊缝位置发生局部塑性变形，该区域黏结状态也随着劣化，发生黏结状况不良。
(二)#2试验杆塔(筋板加固后)黏结状态分析
在对比试块上进行灵敏度校验，设置好灵敏度曲线，对#2试验杆塔(筋板加固)焊缝附近区域的黏结状态进行测试，分析界面回波分贝差及回波包络图，以第6次界面回波为例采集数据，#2杆塔黏结状态试验数据见表6-6-6。
表6-6-6 #2杆塔弯曲试验前后界面回波幅度(dB)
从检测数据看出，弯曲试验前后的黏结界面回波分贝差在1dB左右，在焊缝附近整圈范围内，钢管与混凝土的黏结状况与初始状态区别不大，检测结果与力学变形监控数据相吻合，即筋板加强后焊缝附近的塑性变形不明显，钢管与混凝土黏结良好。
通过理论计算和试验对比，我们发现，超声波检测方法能够准确有效判别钢管与混凝土黏结状态(脱层、黏结良好、半脱层)，而黏结状态的好坏直接影响到二者的黏结强度，对黏结状态的检测同时也是对黏结强度的有效判断。具体总结如下：
超声波检测方法能有效判断混凝土与钢管的黏结状态，为进一步分析二者黏结强度提供依据；
该检测方法工艺简单，应用方便，采用数字超声技术，检测结果直观明了；
对比试块制作应按照理论计算值进行校准，并制作灵敏度曲线；
界面回波应根据回波幅度与回波包络图综合分析，脱层区域界面回波包络图为直线，黏结良好区域界面回波包络图为抛物线；
按照本发明制定的焊接工艺加固补强后，焊接温度场对补强区域内的黏结状态无影响；
在同一试验条件下弯曲试验后，加固补强后杆塔焊缝区域的黏结状态变化无明显变化，未加固补强杆塔焊缝区域的黏结状态劣化，与初始状态有明显区别。
实施例2焊接补强方案
采用在焊缝上焊接加强板的补强方法比较适合本发明研究的薄壁离心混凝土钢管结构，在满足强要求的同时，可以简化野外作业的难度，提高工作效率。
从研究结果来看，超过100mm长的环向焊缝缺陷在拉伸区的前缘引起较大的应力强度因子，超出了许可的应力强度因子范围，因此研究制定可行的补强方案，使得存在最大环向焊缝缺陷的薄壁钢管经过焊接加强能达到强度要求是本发明研究的重要内容。
根据薄壁离心混凝土钢管塔的弯曲试验结果，加强板拟采用工程中常用的Q235钢板。
技术方案：从理论角度考虑，8块板应尽可能的放置在环向裂纹附近。为了应对不可预料的突发因素可能导致的加载方向的改变，8块加强板被均匀放置，任意相邻两块加强板之间的夹角为45度。
首先研究对43.23度环向焊接缺陷(对应缺陷长度344mm)的应力强度因子加强前后的变化规律。计算过程中，加强板的厚度分别设置为10mm、15mm和20mm。不同板厚对应的计算结果如图2所示(注：图中0板厚表示未加强情况)。从计算结果可以看出，随着加强板厚度的增加，环向焊缝缺陷前缘的应力强度因子逐步降低，当加强板厚度增至20mm时，应力强度因子值降至69.8MPa m1/2，但该值仍然超过许可应力强度因子62.18MPa m1/2。因此单纯提高加强板的厚度不能带来明显的增强效果，原因在于板和板之间的空隙过大，而环向焊缝缺陷处于两块加强板之间，加强板带来的局部加强效果对环向焊缝缺陷的影响有限。
43.23度环向焊接缺陷的应力强度因子随加强板厚度的变化规律
为了研究不同长度的环向焊接缺陷在补强前后应力强度因子的变化规律，加强板的厚度被统一设置为20mm。计算结果如图3所示。
从图中应力强度因子的变化规律可以看出，用8块20mm厚的加强板焊接加强后，不同长度的焊接缺陷的应力强度因子整体上呈减小趋势，且15度圆心角对应的焊接缺陷(弧长 119.3mm)的应力强度因子在加强后低于许可应力强度因子，但是30度和43.23度圆心角对应的焊接缺陷的应力强度因子在加强后依然高于许可应力强度因子，因此需要进一步研究加强方案。
6.7.2九块加强板补强方案研究
为了降低43.23度和30度圆心角对应的环向焊缝缺陷前缘的应力强度因子，在8块加强板加强方案的基础上，在两块加强板的中间，即环向焊缝缺陷前缘单独放置一块加强板(板 9)。
图4所示的计算结果表明对43.23度圆心角对应的环向焊缝缺陷，加强后应力强度因子水平降低至45.08MPa m1/2，低于许可应力强度因子。从这个结果也可以看出，直接在焊接缺陷的前缘焊接加强板可以显著地降低应力强度因子，但是受限于野外施工的条件，焊接方位可能存在一定的偏差，因此为了保证加强效果，20mm厚度的加强板被推荐使用。
综上所述，薄壁离心混凝土钢管塔在实际加工生产过程中，由于受限于焊接和射线检测的局限性，致使焊缝内部存在大量的未焊透缺陷。该缺陷严重影响了结构的承载能力，存在潜在的安全隐患。但是国内外对此类缺陷的研究较少，故建立一种针对薄壁离心混凝土钢管结构未焊透缺陷的安全评定方法，对于保障输电铁塔的安全运行、预防事故的发生、最大限度地发挥其经济效能具有重要的意义。本文根据现场无损检测结果，采用实验研究和有限元分析相结合的方法，对弯矩作用下的含未焊透缺陷的薄壁离心混凝土钢管结构进行了分析，为制定未焊透缺陷的工程评定提供一定的理论和数据基础。研究中取得的主要成果和结论如下：
(1)根据设计图纸，对在役的四种杆塔进行了有限元建模仿真，计算分析了极限荷载作用下杆塔的静力强度和动力特性。
(2)利用超声相控阵检测技术对在役的薄壁离心混凝土钢管电线杆塔的焊缝缺陷进行了无损检测，确定了焊接缺陷的种类、长度、方位等数据，为进一步的杆塔力学分析提供依据。
(3)利用断裂力学有限元分析理论，建立了漯车线#49塔的断裂力学有限元模型，计算了含环状焊接缺陷的薄壁离心混凝土钢管塔的应力强度因子，并根据裂尖塑性屈服区特征对应力强度因子进行了修正；根据环向焊接缺陷的不同长度，给出了安全评定方法，给出了漯车线#49塔许可的缺陷环向长度约为100mm。
(4)进行了含焊接缺陷的两种杆塔的弯曲对比试验，用电测方法测量了杆塔焊缝附近区域的应变；同时建立了有限元计算模型，从数值模拟角度研究分析了焊缝附近的变形特征和应力特征，并和实验数据进行了对比。通过对两根试验杆塔的数值模拟计算及弯曲试验发现，数值模拟计算结果与试验结果吻合良好，表明所采用的数值模拟方法是可行的。经过对多个加强方案的数值模拟计算结果对比分析，发现沿焊缝周向设置8块加强筋板的补强效果强于 6块加强筋板。
(5)对钢板混凝土试件进行了瞬态温度场数值模拟，分析了焊接过程中钢板和混凝土的温度分布，据此制定了试验方案，进行了焊接温度场测量试验，根据平板瞬态温度场有限元结算结果与实测焊接温度场结果对比分析发现，试验数据与有限元模拟数据吻合良好。
(6)根据钢板混凝土试件瞬态温度场数值模拟采用的计算方法，对钢管混凝土构件进行了瞬态温度场数值模拟，得出混凝土经历的最高温度为164.8℃，根据相关文献资料对混凝土性能进行了评估，结果表明按照有关焊接工艺对薄壁混凝土钢管塔进行补强焊接产生的温度场不会对混凝土强度造成影响。
(7)根据理论计算和相关试验制定了钢管混凝土黏结状况的检测工艺和判定标准，据此对试验杆塔补强加固位置焊接前后的黏结状态进行检测，该区域焊接前后黏结状态变化不明显，且黏结状况良好，说明焊接温度对黏结状态影响不大。
(8)对未加固补强的试验杆塔弯曲试验后进行黏结状况检测发现焊缝区域黏结状态劣化，发生黏结状况不良；加固补强的试验杆塔弯曲试验后黏结状况良好，结果表明补强对含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔的混凝土黏结性能具有保护作用。
(9)研究了焊接补强方案，通过调整加强板的厚度和数量，对焊接补强效果进行了研究，给出了漯车线#49杆塔存在环向焊接缺陷下的补强方案。
(10)对Q460钢管塔、薄壁离心钢管塔、高强筋混凝土电杆三种不同的结构形式进行了对比分析，得到在110KV线路及以下等级线路中，Q460钢管塔综合经济性能优于高强筋混凝土电杆和薄壁离心钢管混凝土电杆。
(11)确定了适合工程实际的Q460单柱钢管塔焊接工艺评定报告。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，因此本发明的实施例只是针对本发明的一个说明示例，无论从哪一点来看本发明的实施例都不构成对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法，其特征在于：包括以下几个步骤；
S1：引进先进的相控阵缺陷成像检测技术应用于钢管杆焊缝检测中，对缺陷的性质、大小和严重程度做出准确判断，实现钢管杆超标缺陷无损评价；
S2:研究焊接温度对薄壁离心混凝土钢管塔性能的影响；首先进行焊接温度场数值模拟计算，然后在试块焊缝内表面、混凝土中心厚度处和混凝土外表面埋入热电偶，进行焊接补强时测量温度数据；焊接完成后进行混凝土黏结状况检验和混凝土抗压性能试验；
S3:钢管混凝土黏结状况无损检测方法试验；采用12mm厚钢板上部振动浇注混凝土，混凝土和钢板结合面一半打上肥皂水，一半喷砂处理，模拟钢管混凝土黏结状况；然后进行无损探伤检验，记录每种黏结状况下的无损检测数据，为现场钢管塔黏结状况无损检验提供技术支持；
S4：确定含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔容许缺陷尺寸的安全评定方法；根据设计载荷条件，提出含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔的最大可允许裂纹标准，通过该标准指导带焊接裂纹构件安全性评估；
S5:含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔补强方案的研究；进行不同补强方案下含缺陷薄壁离心混凝土钢管塔的强度校核，比较分析不同补强方案的可行性、经济性。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法，其特征在于：S1采用国际先进的超声相控阵无损检测方法对焊缝缺陷进行成像扫查，定性、定量表达被检对象缺陷大小、深度、高度、性质等各项参数及焊缝缺陷3D视图。
3.根据权利要求1所述的一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法，其特征在于:S2结合漯车线#49薄壁离心混凝土钢管塔超声相控阵检测结果，建立断裂力学有限元模型，计算不同裂纹长度下的线弹性应力强度因子，并根据塑性屈服理论对线弹性应力强度因子进行修正；经过和许用应力强度因子比较，得到允许的最大环向裂纹长度。
4.根据权利要求1所述的一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法，其特征在于:采用试验与数值模拟相结合的方法，对试验塔杆的数值模拟方法以及补强方法进行研究；首先加工规格相同的薄壁离心混凝土电杆两根，模拟整圈1/2壁厚未焊透缺陷，其中一根在养护期满后在焊缝处进行补强焊接，两根分别进行弯曲试验，测试其在加载过程中的应力应变数据；两根试验杆塔的有限元计算应变与实验结果进行对比，分析有限元计算结果是否正确；并对两根试验杆塔的试验结果进行对比，分析补强方法是否合适。
5.根据权利要求1所述的一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法，其特征在于:对钢板混凝土试块进行焊接温度场数值计算，然后测量焊接补强时钢管和混凝土的温度场数据，两者数据结果进行对比分析，确定焊接温度场数值计算方法的正确性；对钢管混凝土杆塔进行焊接温度场数值计算，得到其温度场分布情况，评估温度对混凝土性能的影响。
6.根据权利要求1所述的一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法，其特征在于:黏结状态超声波检测方法：由于薄壁离心混凝土钢管塔外壁钢材一般为Q235结构用钢，Q235钢具有各项同性，声速约为5900m/s,密度为7800kg/m3；普通混凝土为水泥与沙石的混合物，表观密度为1950～2500kg/m3，是土木工程中最常用的混凝土品种，声速约为4120m/s[41]；既Z表征介质声学特性的重要物理量：Z=ρc
超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两种介质的分界面上，一部分能量反射回原介质内，称反射波；另一部分能量透过界面在另一种介质内传播，称透射波；我们根据超声波在异质界面产生反射、透射的特性，采用超声波检测方法来评价钢管与混凝土界面的黏结状态。
7.根据权利要求1所述的一种薄壁离心混凝土钢管塔的缺陷定性及定量检测方法，其特征在于:焊接补强方法：首先研究8块板加强方案（编号为1－8的加强板）；从理论角度考虑，8块板应尽可能的放置在环向裂纹附近；为了应对不可预料的突发因素可能导致的加载方向的改变，8块加强板被均匀放置，任意相邻两块加强板之间的夹角为45度；
首先研究对43.23度环向焊接缺陷（对应缺陷长度344mm）的应力强度因子加强前后的变化规律；计算过程中，加强板的厚度分别设置为10mm，15mm和20mm；从计算结果可以看出，随着加强板厚度的增加，环向焊缝缺陷前缘的应力强度因子逐步降低，当加强板厚度增至20mm时，应力强度因子值降至69.8MPa m1/2，但该值仍然超过许可应力强度因子62.18MPam1/2；因此单纯提高加强板的厚度不能带来带来明显的增强效果，原因在于板和板之间的空隙过大，而环向焊缝缺陷处于两块加强板之间，加强板带来的局部加强效果对环向焊缝缺陷的影响有限。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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