近（jìn）些年（nián）來，隨著我國經濟和社會的快速發展，各種（zhǒng）基礎工程項目得以大量興建，其中鋼結構工程是非常重要的內容，被廣泛用於橋梁等建（jiàn）設領域。之所（suǒ）以會選擇（zé）鋼結構作為工程的主體部分，其最主要的原因就是這些鋼結構工程在實際應用中所表現出來的堅韌性特點，這（zhè）是其他工程（chéng）項目所不具備（bèi）的（de）優勢。

　　關（guān）鍵詞：軸向應力檢測;超聲波;高強度螺栓

　　鋼結構（gòu）工程是當前工程建設中的一個重點方向，其對於部件質量和施工質量有著非常嚴格的要求，因此，相關的檢測技術成為施（shī）工方高度重視的關（guān）鍵（jiàn），如果檢測失誤，極有可（kě）能造成施工過程（chéng）中和交工使用中的各種故障和安全問題，後果不堪設想。

　　1 鋼結構工（gōng）程中高強度螺栓超聲波測量技術（shù）概述

　　鋼（gāng）結構工程對於安全性和可靠（kào）性有著非常嚴格的要求，在實際的施（shī）工過程中，需要（yào）根（gēn）據具體的工程需要（yào）對用於連接功能的高（gāo）強度螺栓的受力情（qíng）況進行嚴格的控製，一些關（guān）鍵性的工程項目甚至還需要通過單獨的在線方式進行實時工作（zuò）應力的監測。就（jiù）目前的技術條件而言，對高強度螺栓的工作預緊力無法進行直接的測量，隻能利用擰（nǐng）緊螺栓過程（chéng）中（zhōng）移動的轉（zhuǎn）矩情況進行控製。但因為不同的（de）螺栓在（zài）其螺紋麵等處的接觸摩（mó）擦（cā）係數存在一定的離（lí）散性，這也必然（rán）會造成轉矩的離散，因此，哪怕是旋轉轉矩完全一致，其在軸向應力上也難以保證達到同樣的（de）緊（jǐn）固程度。

　　基於上述的事（shì）實，采用（yòng）超聲波檢測技術在該施工領域（yù）有著（zhe）非常充分的運用，並以穩定（dìng）精確的表現獲得施（shī）工方（fāng）的高度認同。超（chāo）聲波檢測技術的應用機理源於聲彈性原理，根據螺栓工作中的軸（zhóu）向應（yīng）力和進行施工前後對比的（de）超聲波（bō）所（suǒ）用時間差之（zhī）間的關（guān）聯性，並（bìng）充（chōng）分結合該高強度螺栓的材料及厚度等參數，進行螺栓軸向應力的係統（tǒng）檢測。該方（fāng）法可以克服螺栓厚度導致的離散問題和（hé）溫差變化形成的誤差（chà）問題，進而可以高標準完成測量任務，使得（dé）檢測應力精度（dù）得到（dào）最大程度的保障。

　　2 鋼結構工（gōng）程中高強（qiáng）度螺栓軸向應力的超聲測量技術

　　鋼結構工程的所有固定作業幾乎都是（shì）通過高強度螺栓進行充分連接（jiē），利用將螺母擰緊確保螺杆形成足夠的預應力（lì），進而壓緊各鋼構部件，通過各構件間形成的強大摩擦力共同形成載荷能力。

　　2.1 超聲波對高強度螺栓軸向應力檢測的基（jī）本原理

　　超聲波檢測技（jì）術在對（duì）高強度螺栓進行軸向應力檢（jiǎn）測時，其所遵循的理論為非線性聲（shēng）學理論，幾乎所有的超聲波應用都以該理論作為其實施的基礎。超聲波屬於縱波的（de）範疇，當超聲波沿（yán）應力作用方向傳（chuán）播在某一確定（dìng）的固體介質內，其實際的傳播速度與應力之間有函數關（guān）係，可寫為下式：

　　(1)

　　對該式進行深入係統的分析（xī），可以發現所有的固體介質會（huì）對超聲波在其傳播方向上所引發的應力變化會（huì）造成聲速（sù）上的波（bō）動，這就（jiù）是所謂的聲彈性原理。在實際的檢測過程中，還（hái）需要考慮溫度變化這一影（yǐng）響因素，其作（zuò）用力的量化計算可以通過下麵的函數表（biǎo）達式（shì）進行：

　　v(t)=C0[1-a(t-t0)]

　　(2)

　　在實際的超聲技術對螺栓應力（lì）的（de）測量中，一般情況下，大都會利用超聲波在（zài）材料中的渡越（yuè）時間以及相應長度進行測量，進而通過（guò）時間差對聲（shēng）速進行計算。因為材料中存在軸向應力，其聲速的變化必（bì）然會引發聲時同步的變化，而材（cái）料應力和材料溫度變化（huà）也都會造成其長度發生變化進而使得其聲時也（yě）會發生顯著的變化。

　　2.2 應力測量係統結構設計（jì）及其工作

　　按（àn）照（zhào）上述理論，可以進行超聲檢測係統的開發，並將其用於（yú）螺栓軸（zhóu）向應力的具體測量工作（zuò）。在實際的開發中，已經實現對檢測過程中的渡越時間（jiān）以及溫度測量的穩定性和準確性，其實際的聲時精度可（kě）以達到1ns，溫度的測量精度達到0.1℃。同時可以（yǐ）分析高（gāo）強度螺栓的結構材料，其材料（liào）係數和安裝施工操作形成的夾緊厚度，這些參數都是螺栓軸向應（yīng）力進行計算的關鍵基礎。

　　在（zài）該檢測係統中，超聲發（fā）射分係統的功能就是（shì）要發射超聲波，其通過對超（chāo）聲換能器的激勵作用並形成可（kě）以進行發射的超聲波能（néng）量，要取（qǔ）得聲時測量的高精度要求，係統所選用的超聲（shēng）換能器需要選擇其分辨率處於較高水（shuǐ）平的高頻窄脈衝頻段，可以發射高頻窄脈衝超聲波信號（hào），這些信號的頻率要與換能器的工作特性相適應。回波檢測分係統（tǒng）主要完（wán）成回波信號的放大。

　　在進行測量時，聲時（shí）閘門（mén）發生器會對兩次超聲回（huí）波間形成閘門控製（zhì）信號，而高速計數器可以在閘門控製信（xìn）號內對超（chāo）聲（shēng）波形成的脈衝信號直接計數，而單片機會將這些（xiē）計數值進行讀取，並以此為基礎對係統的聲時進行計算。為滿足1ns測時精度需要，在係統設計（jì）過程中會選擇過零檢測技術。該技術可以實現超聲回波在過零點處形成聲時檢測的參照水平點。

　　單次回波的在兩個脈衝之間形（xíng）成的間隔進行量化，這一過程會對聲時閘（zhá）門開關產生實質的影響，但其時基周期（qī）有顯著的（de）不確定性，因此其誤差值對所有測量技術而言都是均勻分（fèn）布。在（zài）多次進行測量的情況下，其誤差（chà）平均值會因測量的次數不斷增多而更加趨近於零。

　　3 結語

　　綜上所（suǒ）述，鋼結構工程中需要對高強度螺栓的軸向應力進行有效的控（kòng）製，以滿足實（shí）際（jì）工程對其的（de）具體標準要求（qiú）。傳統的控製方法主要是通過施工人（rén）員在操作過程中的力矩掌握（wò），其精度難以有效控製，相對誤差較大。為此，引入（rù）超聲（shēng）檢測技術（shù），該技術利用對聲速、時長和溫度等數據的測算，結（jié）合材料的相關參數，就可（kě）以獲得精確的軸向應力數據。