张东波，王波，汪正兴，王梓宇

悬索桥缆索钢丝损伤超声导波检测数值模拟

张东波1,2，王波1,2，汪正兴1,2，王梓宇1,2

(1. 中铁大桥科学研究院有限公司，湖北武汉 430034；2. 桥梁结构健康与安全国家重点实验室，湖北武汉 430034)

为了实现对大跨悬索桥缆索钢丝损伤的有效检测，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，对超声导波无损检测技术进行研究。通过理论求解钢丝中导波的频散曲线，分析频散特性和波结构，选取中心频率为200 kHz的L(0,1)模态进行钢丝断丝损伤检测；利用有限元软件，研究了钢丝中导波的频散特性和波结构，通过二维傅里叶变换技术对钢丝中的低阶导波模态进行识别，进一步分析了缺陷尺寸和角度对L(0,1)模态缺陷反射系数的影响；最后，对L(0,1)模态在两根钢丝和七根钢丝的断丝处的缺陷回波进行了数值模拟。数值模拟与理论分析结果相吻合，说明低频L(0,1)模态可以有效地对缆索钢丝断丝损伤进行远距离检测。

悬索桥；缆索体系；超声导波；频散特性；数值模拟；损伤检测

0 引言

缆索体系作为大跨度桥梁的主要承载结构，是悬索桥的生命索，直接关系到桥梁的安全和使用寿命。由于缆索体系长期承受交变载荷并暴露于自然环境中，索内钢丝极易发生疲劳、腐蚀、断丝损伤[1-3]。钢丝损伤使得缆索有效金属承载面积减小，将严重降低结构的安全性和耐久性，造成桥梁结构发生灾难性的突发事故，例如波因特普莱森特(Point Pleasant)悬索桥倒塌、库尔勒孔雀河大桥垮塌、武夷山桥梁坍塌等事故均与缆索体系失效有关。……