预应力混凝土管钢质构件缺陷的远场涡流检测方法研究

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预应力混凝土管广泛应用于市政、电力、水利等工程领域,用于跨区域水源等介质输送。典型的预应力混凝土管常采用钢筋、钢筒以及外层缠绕钢丝等形式提供预应力,以抵抗内外部介质压力。在长期埋置过程中,预应力混凝土管受潮湿环境影响,其中的钢质构件(钢筋、钢筒以及外层缠绕钢丝)极易产生腐蚀,形成局部缺陷,在管内外载荷作用下,缺陷逐渐累积,最终导致结构失效而出现介质泄漏甚至爆管事故。因此,发展适用于预应力混凝土管钢质构件缺陷的无损检测方法,具有重要的工程意义。  本文主要利用远场涡流方法,对预应力混凝土管钢质构件中的缺陷进行检测。从有限元分析、传感器研制和实验测试三方面展开工作,主要的内容包括:  (1)含外层缠绕钢丝的管道中远场涡流分布规律的有限元分析。在COMSOL仿真平台中,建立了含外层缠绕钢丝的管道模型,计算了内置螺线管线圈励磁条件下管道内外的涡流场分布,通过提取管内不同位置处的磁场强度信号,对涡流的近场、过渡区和远场区进行了划分,为接收传感器的位置布置确定了方案。研究了励磁参数、缺陷尺寸对管壁缺陷远场涡流检测信号幅值和相角的影响规律。对比分析了外层缠绕钢丝与管外壁提离距离不同时,远场涡流对断丝缺陷的检测结果。  (2)两类可实现缺陷周向定位的远场涡流检测传感器研制。传感器采用内置通电螺线管作为激励源,分别采用霍尔圆周阵列式传感器和正交双环线圈组作为远场涡流检测传感器,依据检测信号,可以实现缺陷的周向和轴向定位。以传感器为基础,构建了一套远场涡流检测实验系统,编写了系统硬件控制和涡流信号的正交解调软件。  (3)模拟预应力混凝土管中钢质构件缺陷的检测实验。利用研制的远场涡流检测实验系统,对钢管外层缠绕钢丝、亚克力管外钢筋断口缺陷等进行扫查检测。结果表明,研制的两类远场涡流检测传感器可以成功检测出上述缺陷。
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