桥梁建设2020年第*卷第*期（总第*期） Bridge Construction,Vol.*+No.+,2020(Totaiiy No.**) 作者简介：苏三庆(1961-），男，教授，博导。从事结构健康监测方面的研究。E-ail:ussq@xauat.edu.cn。 warning of the damage status of bridge steel beams. Key words:metal magnetic memory;damage of steel box beam;stress-magnetic coupling; quantitative assessment;finite element method; 引言 钢箱梁因其轻质高强、塑性好，且箱形截面具有较大的抗弯刚度和较强的抗扭性能，具有较大 跨越能力，能很好的承受横向分布荷载，适用于各种复杂结构而在桥梁结构中被广泛应用四。但在 桥钢梁使用过程中，由于内部裂纹和外界环境以及自然灾害的原因，会产生截面或节点的刚度、强 度的退化及变形等损伤。在一定情况下会引起结构的失效，造成严重的安全问题，这就使得对在 役桥钢梁结构的检测成为必需。 金属磁记忆检测技术是一种新兴的磁无损检测方法，这种检测方法可对铁薇构件应力集中区域 及存在隐形损伤的部位进行早期发现，并采取有效的预防措施，防止铁磁构作的突然破坏，有早期 预警的作用。且金属磁记忆检测技术对构件的早期损伤进行识别。其基本原理是铁磁性材料具有 磁畴结构和自发磁化的特征，在外加磁场和应力的作用下，铁磁材料部将发生磁畴壁移动和磁矩 转动，在构件表面出现磁场强度的改变，损伤区域产生自有漏磁场，并且存在“记忆”现象。 金属磁记忆检测技术由于操作简单、灵敏度高，已经被应用到了轨道、管道、压力容器，飞机起 落架等铁磁性构件安全检测当中。目前，许多学者对漏磁信身均应方状态之间的关系展开了大量 研究，用来建立构件表面或内部损伤与磁信号的关系。文献9]进行了再制造业磁记忆检测技术研 究的探讨。文献[10-11]研究了钢丝绳磁记忆检测技术的乃感关系，文献[12-13]对磁记忆检测技术在建 筑钢结构领域的应用进行了初步研究。文献14-15]对荷单构件进行了有限元模拟计算。但以前研究大 多属于桥梁等建筑结构以外其他领域的构件，多以简巢受为主，在桥梁钢结构方面磁记忆检测技 术的研究尚处于探索阶段。 因此，选用波纹腹板钢箱梁进行基于磁记忆检测技术的力磁关系试验研究，以探索用磁信号来 检测和预警桥钢箱梁的损伤。文章通过对桥钢箱梁进行四点受弯的静力加载试验，发现其在上翼缘 发生屈曲失稳破坏，得到了钢梁表面的漏磁场信号曲线及漏磁场梯度曲线，由于钢箱梁在受力过程 中翼缘和腹板的受力情况不同，所产生的磁信号变化也不同，所以本次重点讨论上翼缘磁信号变化 情况。结合有限元计算的应力分情况，给出了应力与磁信号之间的关系曲线：提出了用磁场梯度 指数作为参数对损伤进行检测和硕警。 1、试验过程及结果 1.1试验材料及方法 选用具有代表性的Q345qC桥梁钢材进行基于磁记忆检测的受弯试验研究，Q345qC钢材具有 良好的力学性能、煌接性能及低温变形能力，在桥钢梁方面应用最为广泛。材料的化学成分及力学性 能分别如表1和表2所示。 表1Q345qc钢材化学成分% Tablel Q345qc steel chemical composition/% Si Mn 0.15 0.38 L6 ≤0.035 ≤0.035 表2Q345qc钢材的力学参数 Table2 Mechanics parameters of q345qc steel Elasticity modulus/ Yield strength Strength of Elongation Gpa /Mpa extension/Mpa % 201 ≥345 510 ≥21桥梁建设 2020 年第**卷第*期 （总第***期） Bridge Construction, Vol. ** ， No.* ， 2020 (Totaiiy No.** ) 作者简介：苏三庆 (1961-)，男，教授，博导。从事结构健康监测方面的研究。E-mail: sussq@ xauat.edu.cn。 warning of the damage status of bridge steel beams. Key words: metal magnetic memory; damage of steel box beam; stress-magnetic coupling; quantitative assessment; finite element method; 引言 钢箱梁因其轻质高强、塑性好，且箱形截面具有较大的抗弯刚度和较强的抗扭性能，具有较大 跨越能力，能很好的承受横向分布荷载，适用于各种复杂结构而在桥梁结构中被广泛应用[1]。但在 桥钢梁使用过程中，由于内部裂纹和外界环境以及自然灾害的原因，会产生截面或节点的刚度、强 度的退化及变形等损伤 [2]。在一定情况下会引起结构的失效，造成严重的安全问题，这就使得对在 役桥钢梁结构的检测成为必需。 金属磁记忆检测技术是一种新兴的磁无损检测方法，这种检测方法可对铁磁构件应力集中区域 及存在隐形损伤的部位进行早期发现，并采取有效的预防措施，防止铁磁构件的突然破坏，有早期 预警的作用[3]。且金属磁记忆检测技术对构件的早期损伤进行识别[4]。其基本原理是铁磁性材料具有 磁畴结构和自发磁化的特征，在外加磁场和应力的作用下，铁磁材料内部将发生磁畴壁移动和磁矩 转动，在构件表面出现磁场强度的改变，损伤区域产生自有漏磁场，并且存在“记忆”现象[5-6]。 金属磁记忆检测技术由于操作简单、灵敏度高，已经被应用到了轨道、管道、压力容器，飞机起 落架等铁磁性构件安全检测当中[7]。目前，许多学者对漏磁信号与应力状态之间的关系展开了大量 研究，用来建立构件表面或内部损伤与磁信号的关系[8]。文献[9]进行了再制造业磁记忆检测技术研 究的探讨。文献[10-11]研究了钢丝绳磁记忆检测技术的力磁关系。文献[12-13]对磁记忆检测技术在建 筑钢结构领域的应用进行了初步研究。文献[14-15]对简单构件进行了有限元模拟计算。但以前研究大 多属于桥梁等建筑结构以外其他领域的构件，多以简单受力为主，在桥梁钢结构方面磁记忆检测技 术的研究尚处于探索阶段。 因此，选用波纹腹板钢箱梁进行基于磁记忆检测技术的力磁关系试验研究，以探索用磁信号来 检测和预警桥钢箱梁的损伤。文章通过对桥钢箱梁进行四点受弯的静力加载试验，发现其在上翼缘 发生屈曲失稳破坏，得到了钢梁表面的漏磁场信号曲线及漏磁场梯度曲线，由于钢箱梁在受力过程 中翼缘和腹板的受力情况不同，所产生的磁信号变化也不同，所以本次重点讨论上翼缘磁信号变化 情况。结合有限元计算的应力分布情况，给出了应力与磁信号之间的关系曲线；提出了用磁场梯度 指数作为参数对损伤进行检测和预警。 1、试验过程及结果 1.1 试验材料及方法 选用具有代表性的 Q345qC 桥梁钢材进行基于磁记忆检测的受弯试验研究，Q345qC 钢材具有 良好的力学性能、焊接性能及低温变形能力，在桥钢梁方面应用最为广泛。材料的化学成分及力学性 能分别如表 1 和 表 2 所示。 表 1 Q345qc 钢材化学成分/% Table1 Q345qc steel chemical composition/% C Si Mn S P 0.15 0.38 1.6  0.035  0.035 表 2 Q345qc 钢材的力学参数 Table2 Mechanics parameters of q345qc steel Elasticity modulus/ Gpa Yield strength /Mpa Strength of extension/Mpa Elongation /% 201  345 510  21 录用稿件，非最终出版稿