鋼結構應力檢測?在生産制造和社會服務領域，包括大型設備在内的鋼結構件安全保障對于基礎設施安全、經濟社會穩定運行意義重大諸如橋梁懸索、拉索應力監測和探傷、螺栓應力監測和探傷、煤礦頂闆應力監測和探傷在這些鋼結構件事故預防中發揮着極其重要的作用相關安全管理部門普遍重視應力監測和探傷，一些高科技公司研發生産應力監測和探傷技術設備滿足安全運行需要，下面我們就來說一說關于鋼結構應力檢測?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

鋼結構應力檢測

在生産制造和社會服務領域，包括大型設備在内的鋼結構件安全保障對于基礎設施安全、經濟社會穩定運行意義重大。諸如橋梁懸索、拉索應力監測和探傷、螺栓應力監測和探傷、煤礦頂闆應力監測和探傷在這些鋼結構件事故預防中發揮着極其重要的作用。相關安全管理部門普遍重視應力監測和探傷，一些高科技公司研發生産應力監測和探傷技術設備滿足安全運行需要。

GC-CC-103A型高精度微磁基礎傳感器

鋼結構件安全事故及其原因

通常高強度應力疲勞和損傷可能會引發嚴重安全事故。諸如橋梁主體垮塌事故、橋梁拉索斷裂事故、高強度螺栓斷裂事故、煤礦頂闆垮塌事故等鋼結構件安全事故的發生，多數是因為高強度應力疲勞和損傷并長期失檢失修。

據媒體報道，2022年2月25日，貴州省貞豐縣三河順勳煤礦發生頂闆垮塌事故，事故造成14人遇難。據相關專家推測，煤礦頂闆垮塌的原因可能是煤礦頂闆主體因長期重壓應力過于集中結構受損斷裂；也可能是煤礦頂闆高強度螺栓應力長期過于集中導緻疲勞和損傷而斷裂。

通常高強度螺栓應力疲勞和損傷極可能引發嚴重安全事故。某軋鋼廠對廠房結構檢查時，發現一根桁架吊車梁下弦節點闆上中間斜杆的角鋼上有一條貫通裂縫。一段時間後，當鉗式吊車通行時，這根梁嚴重下垂，梁的斜杆、豎杆以及弦杆等處的裂痕都明顯增大。經調查，發現事故原因是在風荷載作用下，屋蓋鋼桁架與立體框架梁間産生相對移動，使吊管式懸挂節點連接中産生彎矩，從而使高強度螺栓承受了反複荷載，出現疲勞和損傷。

2021年12月，湖北省大廣高速與滬渝高速花湖互通樞紐匝道垮塌，發生橋梁側翻，現場3人死亡、4人受傷。相關專家分析認為匝道橋垮塌是因為該段橋梁長期重載，緻使其鋼結構件因為應力過于集中而受損，卻長期得不到監測和修整，損傷累積到一定程度後爆發問題，出現垮塌。

因橋梁拉索斷裂造成橋梁垮塌的嚴重事故也時有發生。如廣州海印大橋斜拉索上端裸露的鋼絲用脆性的水泥砂漿防腐，且該處水泥砂漿多年後未凝結，拉索高強鋼絲長期裸露，最終導緻高強鋼絲腐蝕性斷裂。

傳統鋼結構件探傷方法及其局限

傳統鋼結構件無損探傷技術包括圖像法、射線、漏磁、渦流、超聲波等，各自存在自身缺點。

圖像法探傷的缺點是缺點速度太慢，一般隻能測量靜止物體，在惡劣天氣或環境，如雨雪、粉塵環境下無法使用。

射線探傷一般用于傳送帶探傷，缺點是有輻射，對人體健康産生危害。

漏磁探傷一般用霍爾傳感器，其靈敏度低，需要勵磁才能探測，操作不便利；隻能判定有無，無法識别和診斷缺陷；勵磁裝置屬于強磁，無法空運，其他運輸方式也容易受到一定的限制；在多金屬粉塵惡劣環境中，不能使用勵磁，否則很難清理，探傷效果也會受到很大影響。

渦流探傷适用于各種金屬零部件、汽車零部件、金屬管材、棒材、絲材的在線、離線、野外探傷，可用于管内壁、鑽闆、軸承圈、孔闆坯、方坯、圓坯等其他機械零部件的自動探傷。其缺點需要施加渦流，不夠便捷。

超聲探傷利用超聲波在介質中傳播時的特性。隻有缺陷的尺寸等于或大于超聲波波長時，超聲波在缺陷上反射回來，探傷儀可将反射波顯示出來；如缺陷的尺寸甚至小于波長時，聲波将繞過缺陷而不能反射。超聲波探傷的缺點是探傷中需要消耗耦合劑和磨損探頭，在很多探傷領域如鋼軌探傷領域會頻繁出現誤報情況，探傷速度也較慢。

基于磁探測的應力監測和探傷的原理與優勢

磁探測從空中到地面，再到水下，可以全範圍覆蓋、全天候進行。金屬磁記憶探傷屬于新型磁探測技術，是一種利用金屬磁記憶效應來檢測部件應力集中部位的快速無損檢測方法，能替代傳統無損探傷技術。

所謂金屬磁記憶效應是指：鐵磁性材料在加工和運行時，在應力和變形集中區域會發生磁疇組織定向和不可逆的重新取向。金屬構件表面的這種磁狀态“記憶”着微觀缺陷或應力集中的位置，即所謂的磁記憶效應。

磁異常探測理論認為，當磁探測傳感器位置與鐵磁性目标的距離大于3倍目标幾何尺寸時，可以把鐵磁性目标簡化成磁偶極子模型，不考慮地磁背景場情況下，磁場總強度B大小可以由下列公式計算出來。

式中，

μ—磁導率；

m—磁偶極子磁矩；

r—距離；

θ—方位。

它在空間一點 P 産生的磁場 Br分布示意圖如下圖所示：

由此公式可知，磁感應強度大小與距離成立方衰減關系。當處于地磁場環境中的鐵磁性構件受到外部載荷作用時，該部位會出現磁疇的固定節點，産生磁極，形成退磁場，在金屬表面形成漏磁場。該漏磁場強度的切向分量Hpx具有最大值，而法向分量Hpy改變符号并具有零值。這種磁狀态的不可逆變化在工作載荷消除後依然保留記憶下來。

基于金屬磁記憶效應的基本原理制作的檢測儀器，通過記錄垂直于金屬構件表面的磁場強度分量沿某一方向的分布情況，能夠對鐵磁性金屬構件内部的應力集中區，即微觀缺陷和早期失效、損傷等進行診斷，防止突發性的疲勞損傷。金屬磁記憶方法與圖像法、射線、漏磁、渦流、超聲波等方法相比較，具有這些優點：不需要專門的磁化裝置；不需要對表面進行清潔處理；不需要采用耦合技術；可快速、準确檢測出應力集中部位；既可檢測現有缺陷，亦可根據内應力變化預測未來可能發生的缺陷。

鋼結構件應力監測和探傷裝置主要由基于巨磁阻抗效應和軸向采集特性研制的微磁基礎傳感器陣列組成。鋼結構件應力監測和探傷裝置屬于國内首創，其突破傳統探傷原理的諸多局限，可以提供新的應力監測和探傷方案，以便使用者在不同場景中選擇适合其需要的應力監測和探傷儀器。

國創智能應力監測系統可以監測煤礦頂闆損傷預防垮塌事故

傳統能源開發對于國民經濟和社會發展具有重要意義。截至2020年5月，國内煤礦共有5300多處。衆多煤礦的安全平穩運營至關重要，事關社會穩定、經濟發展和民生保障。煤礦頂闆安全作為煤礦安全保障的重要方面，亟需引起重視，并利用高效技術設備加以保障。

當前煤礦頂闆安全監測一般是依靠傳統探傷技術設備。因為傳統探傷技術設備存在缺點，需要研發新的更高精度的應力監測和探傷技術設備。微磁基礎傳感器基于地磁信息采集、計算、傳輸、顯示的原理，利用金屬磁力學原理和金屬磁記憶效應，監測螺栓應力變化，為包括大型設備在内的鋼結構件管理部門提供安全保障。基于巨磁阻抗效應的國創智能微磁基礎傳感器具有靈敏度高、響應速度快、功耗低等優勢。采用國創智能微磁基礎傳感器測量金屬材料的内應力，分辨率可達公斤級。

以風電塔筒為例，當螺栓在正常使用時，其承受的拉力主要來源是塔筒傾斜産生的不對稱重力，以及側向風壓産生的推力。因此，其圓周上每個螺栓都會有一個拉力，并會随塔筒傾斜度和風向、風力發生微小的變化，但總體都有一個相對固定的拉力，大小約為100kN。一旦有螺栓松脫，其拉力将分散給其它未松脫的螺栓，而其自身拉力将降至零或者一個很小的數值。

基于此原理24小時實時監測每個螺栓的拉力，一旦其數值發生變化，且與風向、風力不相關，且塔筒未出現嚴重傾斜，即可準确判斷出該螺栓是否發生松動。此外，風電塔筒是一個超高鋼結構體，也可以借助螺栓應力監測系統對其是否傾斜、結構受力及其分布情況進行24小時實時在線監控，進而構成一整套風電塔筒結構安全監控系統。

基于金屬磁記憶效應原理工作的螺栓應力監測系統，其核心部件為國創智能微磁基礎傳感器。螺栓應力監測系統作為一個獨立的分布式測量與控制系統使用，不僅可應用于風電塔筒應力監測，還可廣泛應用于煤礦頂闆之類大型鋼結構件應力監測。

煤礦頂闆垮塌事故可能由于頂闆主體應力長期過于集中而受損斷裂，也可能由于頂闆螺栓應力長期過于集中而受損斷裂。無論是哪種情況，基于國創智能微磁基礎傳感器核心技術的應力監測系統均可以提供解決方案，以24小時高精度實時在線監控保障煤礦頂闆安全。

包括大型設備在内的鋼結構件安全管理離不開應力監測和探傷技術設備。一些具有前瞻性的高科技公司關注基礎設施安全保障需要，研發生産新的技術設備，服務生産制造和社會服務行業。國創智能長期從事微磁基礎傳感器、磁記憶應力監測和探傷設備的研發生産，應用于諸如煤礦頂闆垮塌事故、螺栓斷裂事故、橋梁拉索斷裂事故、橋梁主體垮塌事故等鋼結構件安全事故預防，在基礎理論、工程實踐和産品生産制造方面均具有豐富經驗，得到業界高度關注。