斜拉索表观病害图像智能识别综述

斜拉索是斜拉桥的主要承重构件之一,其外层护套病害容易渗透影响索内钢丝健康,采用视频图像法智能识别出拉索表观病害意义重大.从传统图像检测和深度学习两方面系统地综述了基于图像识别的斜拉索表观损伤识别方法,以及各个方法的基本原理和应用效果,对目前的检测实例进行深入分析;介绍一些前沿深度学习方法,为拉索表观检测提供参考;归纳各类方法的主要特点,对目前检测中存在的问题进行了探讨和展望.以深度学习模型为主的图像识别方法具有较好的识别准确率和算法鲁棒性、较强的学习能力和适应性,综合图像缺陷识别效果最优,但仍存在检测精度和速度难平衡、图像数据需求大和标注成本高等难点.为此,可以采取提高图像质量、构建更多半监督和无监督相关的深度学习模型、提升检测模型学习能力等手段改善检测方法.

基于自发漏磁检测的钢绞线两点腐蚀试验研究

为研究存在两腐蚀点时钢绞线磁信号的变化规律以及腐蚀点之间的相互影响,设计了4组不同间距的试件,利用电化学腐蚀装置控制腐蚀程度,再通过三维磁信号扫描装置测试漏磁信号。研究表明:单个腐蚀区域的判断准则也适用于两个腐蚀区域;距离较近的两腐蚀区域的磁信号会在两点之间产生叠加,出现极值,且不同提离高度下磁信号曲线的汇交距离与腐蚀区域的间距呈正相关;试件在腐蚀区域会发生磁信号的突变,其变化范围具有一定宽度,该影响宽度与试件腐蚀度呈Boltzmann函数分布,可用该曲线影响宽度评价单个腐蚀区域的腐蚀程度,也可用于确定两个腐蚀区域在确定特定腐蚀度下不产生叠加的最小间距。

桥梁内部钢结构病害检测研究与应用

桥梁内部钢结构病害隐蔽性强、不易察觉,极易造成难以预见的结构破坏,因此如何实现内部病害的及时检测和精准诊断,成为亟待解决的重大难题。基于自发漏磁检测原理,揭示了磁场变异与钢结构损伤的相关性,然后利用此共性特征,开展桥梁内部钢结构病害无损检测研究;重点针对钢筋锈蚀、拉索腐蚀断丝和钢筋应力破坏3种桥梁内部病害,总结了笔者团队在检测方法、装置研发与应用方面取得的研究成果,对比分析了常用检测方法的技术特征,为推动桥梁无损检测技术的快速发展奠定了研究基础。

镀锌钢绞线断丝的自发漏磁检测试验

为了研究镀锌钢绞线断丝与自发漏磁信号之间的关系,考虑了磁极方向、护套和传感器间距等3个影响因素,设置15根镀锌钢绞线试件,利用万能试验机开展拉伸试验,并通过磁力计测得试件的漏磁信号,得到试件从开始拉伸到断丝的全过程漏磁信号变化,分析了不同因素对漏磁信号的影响.研究结果表明:镀锌钢绞线的拉伸荷载-位移曲线基本上可以分为4个阶段,在各阶段转换处,各漏磁信号分量变化具有明显规律;法向分量和平行钢绞线的切向分量会发生明显的突变,垂直钢绞线的切向分量始终平稳减小.因此,基于自发漏磁的斜拉桥拉索的检测和健康监测中,可以通过处理分析得到漏磁信号分量的变化规律,对拉索受力阶段和断丝情况进行判断.

基于金属磁记忆的钢绞线束环向腐蚀检测试验

针对常规技术难以高效检测桥梁斜拉索内部腐蚀的问题,探讨了拉索腐蚀与环向漏磁信号的关系,采用钢绞线束模拟工程常用的平行钢绞线索,设计了不同腐蚀程度及腐蚀位置的单点腐蚀和两点腐蚀检测试验,绘制出钢绞线束环向漏磁信号雷达图并分析了其规律特征。结果表明:单点腐蚀处的环向漏磁信号雷达图出现异常极大值,且腐蚀程度与极值呈正相关性;当两腐蚀点沿环向相邻时,雷达图呈“异常凸起状”;当两腐蚀点沿径向相邻时,雷达图分布均匀呈“水滴状”;当两腐蚀点分布在对角时,雷达图呈“缺口状”;根据各图像特征的显著差异,可判断单点腐蚀的环向位置和两点腐蚀的相对位置分布,由此提出了基于“3D雷达图”的斜拉索腐蚀位置检测方法。

斜拉索病害检测机器人研究进展

机器人检测具有全面、准确、及时、可靠的特点,是最合适的桥梁斜拉索病害检测手段。通过论述机器人在桥梁斜拉索病害检测中的应用现状,对机器人的机械爬升系统、病害检测系统进行了分析,并展望了发展趋势。分析结果表明:轮式爬升方式存在夹持力过大的问题,且无法穿越斜拉索上的特殊障碍物;视觉检测系统可对光滑表面的斜拉索表观病害进行快速准确地自识别检测,但缺乏对非光滑表面斜拉索的自识别检测研究,且表观病害自识别模型还需改进;基于漏磁法的钢丝损伤检测系统则可实现对斜拉索内部钢丝损伤的定量化表征,但还缺乏统一、普适的漏磁检测评定指标,且缺乏能自动识别斜拉索钢丝损伤病害的模型。

基于金属磁记忆的钢筋混凝土结构锈蚀检测

针对钢筋混凝土结构锈蚀检测难的问题,采用金属磁记忆(Metal Magnetic Memory)无损检测技术,开展了钢筋混凝土锈蚀检测试验,探索其内部钢筋锈蚀与漏磁信号之间的特征关系。首先对10片试验梁采用电化学加速锈蚀,然后对锈蚀后的试验梁进行漏磁信号采集,最后开展破坏性试验来验证钢筋锈蚀情况。结果表明:钢筋锈蚀区域用漏磁信号切向分量Bx曲线交点或其梯度dBx/dx曲线判断;当漏磁探头提离高度Z=2 cm时,漏磁信号切向分量极值增量ΔBx_i与钢筋锈蚀深度h呈明显线性相关性;钢筋断裂可以通过漏磁信号切向分量Bx极值或其梯度dBx/dx极值相对上一个阶段不再增加来进行判别。并通过COMSOL建模验证了试验梁锈蚀检测试验结果的可靠性。

弱磁检测漏磁信号影响因素实验与仿真研究

弱磁检测能够有效地发现钢筋、钢绞线等铁磁构件因锈蚀产生的结构受损;但是这些铁磁材料会因所在地点、所受地磁场磁化时间的不同,从而使其在弱磁检测中所受的地磁场强度与自身磁化程度也不同。所以,为了探究地磁场与自身磁化对采集到的漏磁信号是否存在影响,在此通过磁屏蔽与退火的方法控制地磁场与自身磁化强度两个变量,进行漏磁信号检测对比实验。为了进一步分析实验结果,采用COMSOL软件对实验进行仿真模拟。结果表明:地磁场对漏磁信号只存在数值上的影响,不会明显改变漏磁信号的变化规律;而自身磁化才是影响漏磁信号规律的主要因素。与此同时,仿真结果也与实验结果保持一致。

基于磁记忆弱漏磁效应的钢绞线腐蚀检测

拉索腐蚀一直是桥梁工程亟待解决的难题,目前钢绞线腐蚀已成为影响拉索健康运行的关键因素.为有效检测钢绞线拉索腐蚀,将磁记忆无损检测技术引入到钢绞线拉索腐蚀检测中,通过试验分析钢绞线腐蚀磁记忆漏磁信号分布变化特征,构建基于磁记忆信号特征的钢绞线腐蚀度判别准则.结果表明,钢绞线试件发生腐蚀后,漏磁信号发生明显突变,在腐蚀中间区域漏磁信号切向分量出现极小值,且极值与试件腐蚀程度之间呈Boltzmann分布;随着磁测传感器提离值的增大,钢绞线试件腐蚀漏磁信号急剧下降,提离值的轻微差异,可造成漏磁信号切向分量极值产生较大波动.

基于金属磁记忆的持荷钢绞线腐蚀检测试验研究

目前,基于金属磁记忆自漏磁效应的微观损伤检测方法应用广泛,但在钢绞线腐蚀损伤的检测试验中,荷载对试验结果的影响尚不明晰,而由于力-磁效应使得荷载的影响不容忽略。针对该问题,对电化学腐蚀后的钢绞线进行了张拉,考虑荷载效应影响,开展了持荷钢绞线的磁记忆检测试验。结果表明:腐蚀钢绞线在承受轴向荷载作用后,其漏磁曲线切向分量B_(x)在腐蚀区域中心处出现极大值,两侧呈不对称分布;漏磁曲线法向分量B_(z)在腐蚀区域中部“过零点”,两侧出现两个极值点;随着腐蚀程度的增加,漏磁信号特征值ΔB_(x max)及|ΔB_(x min)|呈现非线性增长趋势;随着荷载的增加,ΔB_(x max)及|ΔB_(x min)|呈先增大后减小的趋势。归一化后的“峰谷值”M_(B)随着腐蚀率C的增加而增大,三阶多项式曲线较好地拟合了M_(B)与C之间的强相关性,同时也说明了应力对该特征值的影响较小,该特征值的提出提高了检测的精度。

基于电磁感应特性的钢绞线应力检测试验研究

针对现有技术难以有效检测在役斜拉桥镀锌钢绞线拉索应力状态的问题,结合电磁无损检测技术在检测铁磁性材料应力方面的优势,提出了一种基于电磁感应特性的镀锌钢绞线拉索应力检测方法。设计了8个镀锌钢绞线试件,运用万能试验机对试件进行控制张拉,利用LCR数字电桥采集试件张拉过程中的电磁信号,研究电磁信号的变化特征,分析电磁信号和试件应力之间的关系。研究结果表明:试件相对磁导率μr随着应力σ的增加先增大后减小,在应力达到试件抗拉强度fptk的73.29%时存在极大值;试件相对磁导率对应力的梯度dμr/dσ随着应力的增加先增大后减小,在应力达到试件抗拉强度fptk的36.07%时存在极大值,且当梯度dμr/dσ≥0时,试件应力处在试件抗拉强度fptk的73.29%之内。该试验验证了基于电磁感应特性技术检测钢绞线应力的可行性,可为今后镀锌钢绞线拉索应力检测提供技术参考。

四点弯曲加载下RC梁内钢筋的漏磁效应研究

针对RC梁桥内部钢筋应力状态难以检测和定量表征问题,采用基于钢筋自发漏磁效应的无损检测方法,对RC梁四点弯曲加载下钢筋应力与漏磁信号之间的力磁关系进行研究。结果表明:弹性阶段钢筋表面Y-B_z曲线基本重合,荷载对磁信号的影响较小;当梁带裂缝工作阶段时,Y-B_z曲线随荷载的增加呈逆时针旋转;当梁处于破坏阶段时,Y-B_z曲线产生较大变化;提离高度和检测路径的差异会影响磁场强度的数值,但不影响磁场的整体分布特征;无量纲特征参数A_σ在RC梁带裂缝工作阶段内随钢筋应力线性递减,且函数的拟合优度R~2均大于0.95,表明该参数可有效定量表征RC梁内钢筋的应力状态。