基于水平剪切导波的钢桥面板疲劳裂纹在线识别方法

作者：胡宇豪; 苗鸿臣^*; 张清华; 崔闯; 阚前华; 康国政

来源：固体力学学报, 2023, 44(04): 458-469.

DOI：10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.012

• 水平剪切导波
• 正交异性钢桥面板
• 缺陷检测
• 压电换能器
• 结构健康监测

正交异性钢桥面板广泛应用于大跨度桥梁，然而该类桥面板极易疲劳损伤并出现开裂，严重影响桥梁的服役安全.传统逐点扫描的无损检测方法无法满足大跨度桥梁全域快速的检测要求，迫切需要发展在线智能监测方法.与频散的Lamb波相比，零阶水平剪切波(SH0波)因其非频散特性，是实现正交异性钢桥面板在线监测的理想导波模态，但相关研究极为匮乏.论文首先通过有限元模拟系统研究了SH0波与U肋焊缝的作用规律，发现在一阶截止频率以下，U肋和焊缝对SH0波在顶板中的传播影响较小，可忽略不计.在一阶截止频率以上，U肋会导致SH0波部分能量转化为SH1波，但产生的SH1波幅值较小.接着通过自主研制的压电换能器，实现了16 mm厚顶板中单模态SH0波的激励与接收.在此基础上，实验验证了SH0波与U肋及焊缝的作用规律.最后，搭建了SH0波焊缝裂纹检测系统，实验证明了SH0波可以准确识别正交异性钢桥面板中焊缝典型裂纹缺陷.论文的工作可为发展基于超声导波的正交异性钢桥面板的智能监测技术奠定相关基础.

• 单位
  航天学院; 西南交通大学; 土木工程学院