钢结构件安全管理领域“零”的突破:微磁基础传感器实时监测应力并探伤(一)

在生产制造和社会服务领域,包括大型设备在内的钢结构件安全保障对于基础设施安全、经济社会稳定运行意义重大。桥梁悬索、拉索应力监测和探伤、螺栓应力监测和探伤在这些钢结构件事故预防中发挥着极其重要的作用。相关安全管理部门普遍重视应力监测和探伤,一些高科技公司研发生产应力监测和探伤技术设备满足安全运行需要。

钢结构件安全事故及其原因
通常高强度应力疲劳和损伤可能会引发严重安全事故。诸如桥梁悬索和拉索断裂事故、桥梁主体垮塌事故、螺栓断裂事故等钢结构件安全事故的发生,多数是因为高强度应力疲劳和损伤并长期失检失修。
据媒体报道,2021年12月18日,湖北省大广高速与沪渝高速花湖互通枢纽匝道垮塌,发生桥梁侧翻,现场3人死亡、4人受伤。
相关专家分析认为匝道桥垮塌是因为该段桥梁长期重载,致使其钢结构件因为应力过于集中而受损,却长期得不到监测和修整,损伤累积到一定程度后爆发问题,出现垮塌。

传统钢结构件探伤方法及其局限
传统钢结构件无损探伤技术包括X射线、γ射线、超声波、磁粉、涡流、渗透(荧光、着色)等,各自存在自身缺陷,难以确保设备运营安全。
x射线探伤和γ射线探伤原理是利用x射线、γ射线或其他高能射线穿透金属材料,由于材料对射线的吸收和散射作用不同,使胶片感光不一样,在底片上形成黑度不同的影像,据此来判断材料内部缺陷情况。射线探伤要求工作表面平滑,且高度依赖检验人员经验,只能辨别缺陷种类、无法直观体现缺陷形态。而且射线辐射会严重威胁操作人员的身体健康。
超声波探伤原理是在均匀的材料中,缺陷的存在造成材料的不连续,从而造成声阻抗的不一致。根据反射定理,超声波在两种不同声阻抗的介质交界面上会形成反射,反射波的能量大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。超声波无法探测应力集中部位,另外缺陷的尺寸小于波长时,超声波将绕过缺陷而不能反射。
磁粉探伤原理是利用工件缺陷处的漏磁场与磁粉的相互作用。铁磁性材料制品缺陷处磁导率与正常部位磁导率存在差异,磁化后这些材料不连续处的磁场将发生畸变,磁通泄漏处工件表面产生了漏磁场,从而吸附磁粉形成缺陷处的磁粉堆积——磁痕,在适当的光照条件下,可显现出缺陷位置和形状。磁粉探伤需要磁化,操作程序过于复杂。
涡流探伤利用电磁感应原理,用激磁线圈使导电构件内产生涡电流,借助探测线圈测定涡电流的变化量,从而获得构件缺陷的有关信息。涡流探伤需要检测线圈激磁。
渗透探伤是利用毛细现象检查材料表面缺陷的一种无损检验方法,包括渗透、清洗、显象和检查四个基本步骤,但不适用于结构疏松的粉末冶金零件及其他多孔性材料探伤。

基于磁探测的应力监测和探伤的原理与优势
磁探测从空中到地面,再到水下,可以全范围覆盖、全天候进行。金属磁记忆探伤属于新型磁探测技术,是一种利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的快速无损检测方法,能替代传统无损探伤技术。
所谓金属磁记忆效应是指:铁磁性材料在加工和运行时,在应力和变形集中区域会发生磁畴组织定向和不可逆的重新取向。金属构件表面的这种磁状态“记忆”着微观缺陷或应力集中的位置,即所谓的磁记忆效应。
磁异常探测理论认为,当磁探测传感器位置与铁磁性目标的距离大于3倍目标几何尺寸时,可以把铁磁性目标简化成磁偶极子模型,不考虑地磁背景场情况下,磁场总强度B大小可以由下列公式计算出来。(见文后图片)
式中,
μ—磁导率;
m—磁偶极子磁矩;
r—距离;
θ—方位。
它在空间一点 P 产生的磁场 Br分布示意图如下图所示:(见文后图片)
由此公式可知,磁感应强度大小与距离成立方衰减关系。当处于地磁场环境中的铁磁性构件受到外部载荷作用时,该部位会出现磁畴的固定节点,产生磁极,形成退磁场,在金属表面形成漏磁场。该漏磁场强度的切向分量Hpx具有最大值,而法向分量Hpy改变符号并具有零值。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后依然保留记忆下来。
基于金属磁记忆效应的基本原理制作的检测仪器,通过记录垂直于金属构件表面的磁场强度分量沿某一方向的分布情况,能够对铁磁性金属构件内部的应力集中区,即微观缺陷和早期失效、损伤等进行诊断,防止突发性的疲劳损伤。金属磁记忆方法与X射线、γ射线、超声波、磁粉、涡流、渗透(荧光、着色) 等方法相比较,具有这些优点:不需要专门的磁化装置;不需要对表面进行清洁处理;不需要采用耦合技术;可快速、准确检测出应力集中部位;既可检测现有缺陷,亦可根据内应力变化预测未来可能发生的缺陷。
钢结构件应力监测和探伤装置主要由基于磁异常原理研发的微磁基础传感器阵列组成。钢结构件应力监测和探伤装置属于国内首创,其突破传统探伤原理的诸多局限,可以提供新的应力监测和探伤方案,以便使用者在不同场景中选择适合其需要的应力监测和探伤仪器。

国创智能微磁基础传感器监测桥梁钢结构件应力和探伤
严重的钢结构件安全事故会造成生命、财产损失。监测钢结构件应力判断损伤趋势才能有效预防事故发生。应力监测和探伤是包括大型设备在内的钢结构件安全监测的重要内容。
微磁基础传感器基于地磁信息采集、计算、传输、显示的原理,利用金属磁力学原理和金属磁记忆效应,监测桥梁钢结构件应力变化,为包括大型设备在内的钢结构件管理部门提供安全保障。基于巨磁阻抗效应的国创智能微磁基础传感器具有灵敏度高、响应速度快、功耗低等优势。采用国创智能微磁基础传感器测量金属材料的内应力,分辨率最高可达公斤级。
以风电塔筒为例,当螺栓在正常使用时,其承受的拉力主要来源是塔筒倾斜产生的不对称重力,以及侧向风压产生的推力。因此,其圆周上每个螺栓都会有一个拉力,并会随塔筒倾斜度和风向、风力发生微小的变化,但总体都有一个相对固定的拉力,大小约为100kN。一旦有螺栓松脱,其拉力将分散给其它未松脱的螺栓,而其拉力将降至零或者一个很小的数值。
基于此原理24小时实时监测每个螺栓的拉力,一旦其数值发生变化,且与风向、风力不相关,而塔筒并未出现严重倾斜,即可准确判断出该螺栓是否发生松动。此外,风电塔筒是一个超高钢结构体,也可以借助螺栓应力监测系统对其是否倾斜、结构受力及其分布情况进行24小时实时在线监控,从而构成一整套风电塔筒结构安全监控系统。
基于金属磁记忆效应原理工作的螺栓应力监测仪器,其核心部件为国创智能微磁基础传感器。螺栓应力监测系统可作为一个独立的分布式测量与控制系统使用,不仅应用于风电塔筒应力监测,还可广泛应用于其他包括大型设备在内的钢结构件应力监测。
包括大型设备在内的钢结构件安全管理离不开应力监测和探伤技术设备。一些具有前瞻性的高科技公司关注基础设施安全保障需要,研发生产新的技术设备,服务生产制造和社会服务行业。国创智能长期从事微磁基础传感器、磁记忆应力监测和探伤设备的研发生产,应用于诸如桥梁主体垮塌事故、桥梁悬索和拉索断裂事故、螺栓断裂事故等钢结构件安全事故预防,在基础理论、工程实践和产品生产制造方面均具有丰富经验,得到业界高度关注。

【上海启动新一轮网格化筛查!“十问十答”为你解惑】
上海启动新一轮网格化核酸筛查。#上海战疫#

为什么要开启这轮筛查?网格化筛查如何推进?已封控的小区会因此“延长封控期”吗?做核酸时遇到健康云“卡壳”,怎么办?小区“封控”了,小孩看病、老年就医如何保障?

针对当前市民关心的一些热点问题,本报记者采访了市卫健委、疾控以及医疗机构专家,予以回答。

问1:

什么是新一轮网格化核酸筛查?

答:新一轮网格化核酸筛查,目的是尽早发现潜在传染源,有效切断传播途径,尽快实现社会面动态清零。

经专家组研判,根据区域风险等情况,确定了本市的一些重点区域。今天(16日)、明天(17日)两天48小时内,对这些重点区域内人员(已处于管控区域内人员除外)进行2次核酸筛查。既有已在闭环管理中的高风险岗位、已在例行排查工作机制的人员,按照原有机制继续开展例行筛查。#上海加油# (文汇报)

市卫健委明确一点:重点区域核酸筛查不采取“2+12”措施,各区要按市里统一部署,不擅自加码。

同时,提醒筛查区域内的市民,应在当时居住地保持原地相对静止,并在48小时内接受2次核酸检测。

本市将进一步提升网格化核酸筛查工作的组织,为承担公共服务、城市运行、应急服务的保障人员开辟通道,为重点区域有就医等特殊需要的居民开辟绿色通道。

如筛查发现疑似阳性情况,按照现有疫情防控相关应急措施处置。

问2:

我目前就在“封控”小区里,48小时已过,为什么还不“解封”?

答:小区管控排查是一个动态调整过程,感谢市民朋友的理解和支持。

依据《中华人民共和国传染病防治法》和《突发公共卫生事件应急条例》等法律法规,本市根据管控对象的核酸检测、流行病学调查结果、环境检测结果等,对相关人员和场所综合判断,得出具体的排查管控措施。

这个过程是动态的,一般先启动两天闭环管理,但是,管理过程中可能情况有变。比如,一旦管控人员核酸检测结果出现异常,所在场所和涉及的人员可能需要调整,要进行“提级管理”。不同情况导致涉及场所和管控人员相应延长管控时间。

问3:

小区没有确诊病例和密接,为什么要准封闭管理,科学依据是什么?

答:上海防控工作坚持社会面动态清零的总目标,通过“减少流动+核酸筛查”,提高社会面动态清零的效率和效能,尽快阻断传播,实现社会面动态清零。

对于小区实行封控管理,就是要在最短时间里通过减少人群的外出流动性,再加上核酸检测的方式,把小区内可能存在的潜在感染者挖出来。

问4:

做核酸时“健康云”打不开怎么办?“刷码”有时会排队,如何提速?

答:“健康云”已在升级优化,目前运行正常。为免遭遇系统访问人数较多、打开不畅等情况,建议尝试错峰登陆、并提前截屏保存“登记码”,在采样现场直接“亮码”,可有效提高现场核验效率。另外,由于这两天白天阳光直射太强,扫码机器识别二维码缓慢,为提高采样效率,建议大家在采样前,把手机屏幕调到最亮,然后对准扫码,这样能减少排队等候时间。

查询核酸结果报告,除了“健康云”,也可通过“随申办”App、“随申办”支付宝和微信小程序查询。

采样期间,请听从工作人员引导,规范佩戴口罩、间隔1米距离有序排队。

问5:

不会用智能手机的老人怎么从“健康云”获得“登记码”?

答:不善操作智能手机的老人,可由小辈远程操作“代申请”界面,选择“非本人”申请流程获取“登记码”,然后截屏发到手机上。

问6:

封控期间,用药、就医如何保障?

答:本市各大医院目前均已上线互联网医院,市民可登录相关医院公众号,在线求医问药,并获取“在线问诊、送药上门”服务。

值得注意的是,部分国家明确的特殊管制类药品不支持线上问诊,相应患者提前做好预案,有备无患。

对于在封控期间出现各类急症情况,也不必担心。上海始终坚持危急重症患者医疗服务优先的原则,落实以社区居(村)委会、社区卫生服务中心为基础,120急救中心联动定点医院的机制。

管控区域内居民和家属,如遇到突发疾病需要就医,拨打120急救电话后,在等待救援期间,也请及时通报社区管控人员,以便社区管控人员与急救中心、定点医院做好对接,提高救治效率。

问7:

特殊时期,小孩看病、老人就医如何保障?不少儿科“暂停”,怎么办?

答:此次疫情发生以来,本市不少医疗机构根据防控要求暂停医疗服务,开展疫情相关风险排查,排查结束后即刻重新开放。

从全市层面看,医疗配置充沛,“暂停”的是少部分医院的部分院区、部分科室。

鉴于近期疫情反复,患者尤其是小孩、老人等人群就医前,可通过网络、电话等平台,或通过关注相关医疗机构公众号查看公告信息等,确认医疗机构的实际服务情况。

目前,全市各医院互联网医院照常运行,可满足复诊患者的就诊需求。

问8:

医院“闭环”了,孕妇产检怎么办?

答:绿色和黄色风险等级的孕妇可听从产检医生安排适当延长产检间隔;橙色、红色及紫色风险等级的孕妇仍建议按时产检。出现异常情况应及时就医,不可因疫情耽误就诊:如头晕头痛、视物不清、心慌气短、血压升高、阴道流血或者流液、腹痛(除外不规则宫缩)等。

如遇小区封控,第一时间将怀孕情况报备居委会,以防遇到紧急情况无法来院就诊。妇产专科医院产科一般设有相应孕妈妈群,如果居家隔离期间遇到紧急情况,可以在群里咨询医生,封控期间如有产科问题,也可至互联网医院进行线上就诊咨询。

问9:

封控期间,如何跟单位请假?

答:有需要的市民,可向居住地的居村委提出申请,开具在家落实防疫管理措施相关证明。

目前,黄浦区、静安区、徐汇区、普陀区、虹口区、杨浦区、奉贤区已上线在线开具证明服务,市民通过“随申办”,足不出户就能获取相关的证明。

问10:

核酸检测激增,出报告时间是否延长,会不会导致“封控期”延长?

答:眼下,上海核酸检测量激增。针对核酸检测点排队时间长、检测结果报告出来速度慢等问题,市卫健委已要求各区、各单位持续加强核酸检测服务管理,尽全力满足核酸检测需求。

市经信委也在全市范围内加强采样和检测的调度匹配,全力做好采样、运输、检测、报告等各环节衔接调度,加快从采样到出报告的速度。

以浦东新区为例。作为上海特大型城区,浦东正在开展重点区域扩大范围的筛查。为缓解核酸检测慢的问题,浦东新区围绕“采、转、检、报”四个环节挖潜增能,全区全力组织协调,做到组织采样有序、运送环节畅通、报告及时上云、应急处置及时,尽量缩短出报告的时间。

【北京:非必需少海淘,不带快递外包装回家】本市出现多起京外输入病例引发的聚集性疫情,防控压力持续加大。各区、各部门要把学校、医疗机构、车站、口岸等作为疫情防控重点,坚持人、物、环境同检。近期国内多地有境外邮件、衣物及其他物品阳性的报道,在此特别提醒广大市民朋友网购商品时要提高防范意识。详情戳→https://t.cn/A66MLvp2


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