基于涡流热成像的桥梁内部钢筋锈蚀度量化分析方法研究

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钢筋混凝土桥梁内部钢筋锈蚀是影响其结构耐久的头号杀手,而我国现役桥梁大部分为钢筋混凝土结构桥梁,因此桥梁内部配筋锈蚀度量化检测显得至关重要。近几年兴起的基于电涡流热成像的钢筋锈蚀检测技术是一项无损有效新型钢筋锈蚀检测技术,国内外对此技术的研究大部分停留在检测材料缺陷的定性评估。本论文在完成基于电涡流热成像的钢筋锈蚀检测理论分析研究后,进行室内电涡流感应加热实验,并结合有限元仿真分析对钢筋混凝土感应加热表面温度增长速率与钢筋锈蚀时间的关系以及各工况对钢筋混凝土表面温度增长速率变化的影响,进一步建立了钢筋锈蚀度量化检测模型和钢筋锈蚀度判定公式,并通过实验结果验证了该量化方法的可靠性,通过该论文的依托工程,将该电涡流热成像检测桥梁内部钢筋锈蚀度的量化方法应用于实桥中。本论文的研究为后续涡流热成像无损量化技术的发展研究提供了一定的指导依据。论文的主要研究内容有:①梳理有关涡流热成像技术相关的国内外研究现状,开展基于涡流热成像的钢筋锈蚀度量化检测机理分析研究,通过感应加热钢筋混凝土表面温度变化机理分析,分析各工况条件下对钢筋混凝土表面温度变化规律的影响。②分别进行裸钢筋感应加热实验与钢筋混凝土感应加热实验,基于实验结果获取了钢筋混凝土表面温度增长速率随钢筋锈蚀时间的变化规律以及各工况条件对钢筋混凝土表面温度增长速率随锈蚀时间变化规律的影响。③建立了 ANSYS有限元仿真模型,对停止感应加热后的混凝土热传导的过程进行有限元计算,得到混凝土热传导过程中,钢筋混凝土表面温度增长速率随钢筋锈蚀时间的变化规律以及各工况下对钢筋混凝土表面温度增长速率随锈蚀时间变化规律的影响。④结合裸钢筋感应加热表面温度物理方程与混凝土热传导表面温度物理方程,建立了钢筋锈蚀度检测物理模型,提出了通过锈蚀试件与未锈蚀试件表面温度增长速率的无量纲比值η作为钢筋锈蚀度的量化指标来排除各工况对表面温度增长速率的影响。并基于ANSYS有限元模型对不同模型计算的量化指标η进行研究,提出钢筋锈蚀度判定公式,并通过实验结果验证该量化方法准确有效性。⑤以云南省玉元高速K131+920上行线桥梁作为本论文依托工程,将涡流热成像检测桥梁内部钢筋锈蚀度量化方法应用到实桥上,验证该方法的可靠性。
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