我國水工金屬結(jié)構(gòu)管理現(xiàn)狀與檢測技術(shù)進(jìn)展

胡木生，再麗娜

(1.水利部 水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心， 河南 鄭州 450044； 2.水利部 綜合事業(yè)局，北京 100053)

水工金屬結(jié)構(gòu)主要包括閘門、閥門、攔污柵、壓力鋼管、清污機(jī)、啟閉機(jī)和升船機(jī)等，是水利水電工程重要的組成部分，擔(dān)負(fù)著工程的防洪、灌溉、引水發(fā)電、供水、航運(yùn)等控制任務(wù)[1-3]。鑒于水工金屬結(jié)構(gòu)在水利水電工程中的重要作用，國家歷來重視其質(zhì)量監(jiān)督管理工作。近年來，為落實(shí)簡政放權(quán)、放管結(jié)合、優(yōu)化服務(wù)的部署和要求，水工金屬結(jié)構(gòu)相關(guān)產(chǎn)品的行政審批制度發(fā)生了較大變化；并且，隨著經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日新月異，水工金屬結(jié)構(gòu)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測技術(shù)和在線監(jiān)測保障手段也有了不同程度的提高。

1 管理現(xiàn)狀

1.1 水工金屬機(jī)構(gòu)生產(chǎn)許可證管理

根據(jù)《中華人民共和國工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證管理?xiàng)l例》，原國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于2001年10月10日頒布《水工金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證換(發(fā))證實(shí)施細(xì)則》，并經(jīng)2007年、2011年和2016年三次修訂實(shí)施。2016版《水工金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證實(shí)施細(xì)則》規(guī)定，水工金屬結(jié)構(gòu)發(fā)證范圍為水利水電工程上使用的產(chǎn)品；產(chǎn)品單元分為閘門、閥門、壓力鋼管和清污機(jī)四種，其中閘門單元包括平面閘門、攔污柵、人字閘門和弧形閘門四個(gè)品種，閥門單元包括球閥、蝶閥和錐形閥三個(gè)品種，壓力鋼管單元包括鋼管、岔管和伸縮節(jié)三個(gè)品種，清污機(jī)單元包括回轉(zhuǎn)式清污機(jī)和耙斗式清污機(jī)兩個(gè)品種；閘門、閥門、壓力鋼管三個(gè)單元的產(chǎn)品規(guī)格為超大型、大型、中型和小型，清污機(jī)單元的規(guī)格僅有大型、中型和小型。

截至2018年5月底，水工金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品共有獲證企業(yè)407家，企業(yè)遍布全國(如圖1所示)，生產(chǎn)企業(yè)較多的省份有江蘇、河北、四川、云南、廣東等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全行業(yè)2016年度產(chǎn)值約356億元，其中小型企業(yè)(年產(chǎn)值5,000萬元以下)約占50%，中型企業(yè)(年產(chǎn)值5,000萬元至1億元)約占14%，大型企業(yè)(年產(chǎn)值1億元以上)約占36%[4]。

圖1獲證企業(yè)各省分布情況

目前，按照《國務(wù)院關(guān)于調(diào)整工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證管理目錄和試行簡化審批程序的規(guī)定》(國發(fā)〔2017〕34號)，水工金屬結(jié)構(gòu)是國家質(zhì)檢總局繼續(xù)實(shí)施工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證管理的19類產(chǎn)品之一。根據(jù)最新行政審批改革精神，水工金屬結(jié)構(gòu)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證將要被取消，具體行政許可取消后的事中事后監(jiān)督管理措施正在商擬中。

1.2 水利工程啟閉機(jī)事中事后監(jiān)督管理

國務(wù)院于2017年9月29日下達(dá)《關(guān)于取消一批行政許可事項(xiàng)的決定》(國發(fā)〔2017〕46號)，水利部在2018年1月3日發(fā)布《關(guān)于取消水利工程啟閉機(jī)使用許可證核發(fā)后加強(qiáng)事中事后監(jiān)管的通知》(水建管〔2018〕1號)，決定取消水利部實(shí)施的“水利工程啟閉機(jī)使用許可證核發(fā)”行政許可事項(xiàng)。取消該項(xiàng)行政審批后，國務(wù)院要求水利部應(yīng)從“完善水利工程啟閉機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢測要求。建立健全水利工程啟閉機(jī)‘雙隨機(jī)、一公開’抽查制度，加大對水利工程啟閉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)違法行為的處罰力度，加快信用體系建設(shè)，建立水利工程啟閉機(jī)管理信息數(shù)據(jù)庫，建立信息聯(lián)動(dòng)和聯(lián)合懲戒機(jī)制。研究制定啟閉機(jī)安裝使用、確保水利工程安全運(yùn)行的辦法，明確使用單位的責(zé)任要求，包括要求啟閉機(jī)在安裝前須進(jìn)行質(zhì)量檢測，合格后方可安裝；完善啟閉機(jī)安裝后的試運(yùn)行驗(yàn)收程序等。強(qiáng)化水利工程驗(yàn)收關(guān)，對啟閉機(jī)運(yùn)行與水利工程進(jìn)行整體把關(guān)，確保水利工程質(zhì)量安全”等方面加強(qiáng)事中事后監(jiān)管工作。

按照國務(wù)院的相關(guān)要求，結(jié)合水行政管理工作實(shí)際，水利部及時(shí)開展了水利水電工程啟閉機(jī)事中、事后監(jiān)督管理政策研究工作，并分別于2017年和2018年實(shí)施了“水利工程啟閉機(jī)事中、事后監(jiān)管對策研究”和“水利工程產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督”財(cái)政預(yù)算項(xiàng)目，研究制定了《水利水電工程啟閉機(jī)事中事后監(jiān)督檢查“雙隨機(jī)一公開”工作實(shí)施細(xì)則》(草案)和《取消水利工程啟閉機(jī)使用許可證核發(fā)行政審批后的事中事后監(jiān)管措施》(草案)，提出了水利水電工程啟閉機(jī)事中事后監(jiān)管的方法和手段，并著手建立水利工程啟閉機(jī)信息管理平臺等數(shù)據(jù)庫。

1.3 特種設(shè)備許可管理

根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》，并經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，原國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2004年1月19日發(fā)布了《關(guān)于公布<特種設(shè)備目錄>的通知》(國質(zhì)檢鍋〔2004〕31號)，將水利水電工程中的電站橋式起重機(jī)、水電站門式起重機(jī)、電站門座起重機(jī)、纜索起重機(jī)和升船機(jī)1個(gè)種類4個(gè)類別5個(gè)品種的起重機(jī)械納入特種設(shè)備目錄管理。

經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，原國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2014年10月30日發(fā)布《關(guān)于修訂<特種設(shè)備目錄>的公告》(2014年第114號)，并于2014年12月29日發(fā)布《關(guān)于實(shí)施新修訂的<特種設(shè)備目錄>若干問題的意見》(國質(zhì)檢特〔2014〕679號)，明確了新目錄與原目錄中特種設(shè)備的類別和品種名稱變化的對應(yīng)關(guān)系，指出了新目錄中橋式起重機(jī)類別的通用橋式起重機(jī)品種、門式起重機(jī)類別的通用門式起重機(jī)品種和門座式起重機(jī)類別的門座起重機(jī)品種分別合并了原目錄的電站橋式起重機(jī)品種、水電站門式起重機(jī)品種和電站門座起重機(jī)品種；纜索起重機(jī)類別修訂為纜索式起重機(jī)類別，不再細(xì)分品種；在新目錄升降機(jī)類別中刪除了升船機(jī)品種。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定修訂狀況

水利部于2014年發(fā)布了新版《水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系表》，共收錄了788項(xiàng)水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5]，其中水工金屬結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在原51項(xiàng)的基礎(chǔ)上合并修訂為34項(xiàng)。自新版《水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系表》發(fā)布至今，水利部已對原水工金屬結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大量的合并修訂工作。目前，已完成合并修訂并正式發(fā)布的有《水工金屬結(jié)構(gòu)焊接通用技術(shù)條件》(SL 36—2016)、《水工金屬結(jié)構(gòu)聲發(fā)射檢測技術(shù)規(guī)程》(SL 751—2017)和《水工金屬結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)效及效果評定》(SL 749—2017)等；正在合并修訂的有《水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全運(yùn)行規(guī)程》、《水工金屬結(jié)構(gòu)制造安裝質(zhì)量檢驗(yàn)通則》、《水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測與評價(jià)技術(shù)規(guī)程》、《水工金屬結(jié)構(gòu)T形接頭角焊縫和組合焊縫超聲檢測方法和質(zhì)量分級》和《水工金屬結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測試方法》等。

按照水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定修訂規(guī)劃，新《水工金屬結(jié)構(gòu)焊接通用技術(shù)條件》合并了原擬制的《水利工程高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)規(guī)程》部分內(nèi)容，新《水工金屬結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)效及效果評定》合并了原《水工金屬結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)效效果評定方法》和《水工金屬結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》，新《水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全運(yùn)行規(guī)程》將合并原《水工金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》的部分內(nèi)容，新《水工金屬結(jié)構(gòu)制造安裝質(zhì)量檢驗(yàn)通則》將合并原《水工金屬結(jié)構(gòu)三維坐標(biāo)測量技術(shù)規(guī)程》，新《水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測與評價(jià)技術(shù)規(guī)程》將合并原制定的《水工金屬結(jié)構(gòu)振動(dòng)測試技術(shù)規(guī)程》和《水工金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試技術(shù)規(guī)程》、原擬制的《水工金屬結(jié)構(gòu)原型觀測技術(shù)規(guī)程》和《水利工程啟閉機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》以及原《水工金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》的部分內(nèi)容；新《水工金屬結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測試方法》將合并原《鉆孔應(yīng)變法測量殘余應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)測試方法》、《水工金屬結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測試方法-X射線衍射法》和《水工金屬結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測試方法—磁彈法》。

3 檢測技術(shù)進(jìn)展

3.1 檢測分類

水工金屬結(jié)構(gòu)檢測的分類方法很多，按照檢測目的，水工金屬結(jié)構(gòu)檢測可簡單分為行政許可檢測、出廠檢測、安全檢測和專項(xiàng)檢測四類。由于專項(xiàng)檢測的目的、范圍和依據(jù)各不相同，本文不再贅述。

3.1.1 行政許可檢測

行政許可檢測是指在實(shí)施水工金屬結(jié)構(gòu)行政審批過程中，負(fù)責(zé)檢驗(yàn)的專業(yè)機(jī)構(gòu)及其工作人員按照法律、法規(guī)、規(guī)章以及標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范的規(guī)定開展的工作。水工金屬結(jié)構(gòu)行政許可檢測的依據(jù)為《水工金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證實(shí)施細(xì)則》以及該細(xì)則規(guī)定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

需要指出的是，按照《水工金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證實(shí)施細(xì)則》的規(guī)定，水工金屬結(jié)構(gòu)閘門單元的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為《水利水電工程鋼閘門制造、安裝及驗(yàn)收規(guī)范》GB/T 14173—2008，閥門單元的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為《大中型水輪機(jī)進(jìn)水閥門基本技術(shù)條件》(GB/T 14478—2012)和《錐形閥參數(shù)、型式與技術(shù)條件》(SL 498—2010)，壓力鋼管單元的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為《水電水利工程壓力鋼管制作安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50766—2012)、《水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(SL 432—2008)和《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》(GB/T 12777—2008)，清污機(jī)單元的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為《水利水電工程清污機(jī)型式基本參數(shù)技術(shù)條件》(SL 382—2007)。

3.1.2 出廠檢測

出廠檢測包括制造質(zhì)量檢測和安裝質(zhì)量檢測。制造質(zhì)量檢測是指產(chǎn)品在出廠之前，為保證出貨產(chǎn)品滿足客戶品質(zhì)要求所進(jìn)行的檢驗(yàn)。同理，安裝質(zhì)量檢測是指產(chǎn)品在安裝完成后，投入使用前，為保證安裝質(zhì)量滿足客戶品質(zhì)要求所進(jìn)行的檢驗(yàn)。出廠檢測的依據(jù)是合同文件和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

雖然在實(shí)施工地安裝質(zhì)量檢測的同時(shí)可檢驗(yàn)部分制造質(zhì)量檢測項(xiàng)目，但由于工地現(xiàn)場條件的限制，以及產(chǎn)品制造安裝的工序要求，部分檢測項(xiàng)目在安裝工況時(shí)不具備復(fù)現(xiàn)性，所以，水工金屬結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量檢測和工地安裝質(zhì)量檢測是兩個(gè)獨(dú)立的檢驗(yàn)階段，不可混淆。

3.1.3 安全檢測

安全檢測是指利用儀器設(shè)備，對在役設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)或測定，判別其運(yùn)行狀態(tài)的活動(dòng)。當(dāng)前，水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測的主要依據(jù)有《水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全檢測技術(shù)規(guī)程》(SL 101—2014或DL/T 835—2003)和《壓力鋼管安全檢測技術(shù)規(guī)程》(DL/T 709—1999)以及特定工程使用的《三峽船閘設(shè)施安全檢測技術(shù)規(guī)程》(JTS 196—5—2009)等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

3.2 檢測技術(shù)進(jìn)展

近年來，水工金屬結(jié)構(gòu)的檢測儀器向著高精度、智能化、快速敏捷及實(shí)用化的方向飛速發(fā)展，在材料檢測、幾何尺寸與形位公差檢測、無損檢測、應(yīng)力檢測和振動(dòng)檢測等方面的檢測技術(shù)手段有了極大提高。

3.2.1 材料檢測

如果材料質(zhì)量不符合要求，可能會造成水工金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的過早失效，將會帶來嚴(yán)重的工程事故。作為制造質(zhì)量控制的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，生產(chǎn)前對原材料進(jìn)行檢測是非常必要的。材料檢測涉及對材料的力學(xué)性能試驗(yàn)、化學(xué)成分分析、金相分析、無損探傷和環(huán)境模擬測試等方面的內(nèi)容。

材料的力學(xué)性能是指材料在不同環(huán)境下，承受各種外加載荷時(shí)所表現(xiàn)出的力學(xué)特征，常見的力學(xué)性能試驗(yàn)有拉伸、沖擊、彎曲、布、洛、維硬度、耐磨、疲勞等。材料的化學(xué)元素種類和配比的不同直接決定了材料是否能通過后續(xù)的處理而達(dá)到要求，常見的化學(xué)成分分析有電感耦合等離子體發(fā)光光譜分析、直讀光譜分析、手工化學(xué)分析等。材料的金相分析包括各種相的組成及分布、相關(guān)的鑄造和焊接缺陷等，常用的分析設(shè)備有體視顯微鏡和金相顯微鏡等。無損探傷是檢驗(yàn)原材料完整性的必備手段，是避免不合格的原材料用到工程的最有效手段之一，常見的檢測項(xiàng)目有視覺和光學(xué)檢測、X射線檢查、磁粉探傷、超聲檢測、滲透檢測等。環(huán)境模擬測試主要是通過加快暴露周期或模仿環(huán)境條件，按照潛在壽命、外觀、相關(guān)應(yīng)力、材料相互作用等來評估材料的反應(yīng)，常見的有鹽霧試驗(yàn)、循環(huán)試驗(yàn)、耐候性試驗(yàn)等。

3.2.2 幾何尺寸與形位公差檢測

正確檢測幾何形狀與形位公差的特征值，是正確描述水工金屬機(jī)構(gòu)表面狀態(tài)的基本方法依據(jù)，也是衡量水工金屬結(jié)構(gòu)制造安裝質(zhì)量的最基本指標(biāo)之一。隨著我國高壩大庫的不斷興建，水工金屬結(jié)構(gòu)制造安裝水平的不斷提高[6]，其幾何尺寸與形位公差的檢測難度也越來越大。

水工金屬結(jié)構(gòu)的幾何尺寸與形位公差檢測，已從傳統(tǒng)的鋼卷尺、千分尺和百分表等，逐步過渡到基于坐標(biāo)和圖像技術(shù)，面向任務(wù)的高精度、自動(dòng)化測量的三維坐標(biāo)測量技術(shù)發(fā)展。三維坐標(biāo)測量技術(shù)首先將檢測對象的各種幾何元素的測量轉(zhuǎn)化為對這些元素的點(diǎn)集坐標(biāo)位置的測量，在測得這些點(diǎn)集的坐標(biāo)位置后，再由軟件按一定的評定準(zhǔn)則算出這些幾何元素的尺寸、形狀、相對位置等[7]。這一工作原理，使三維坐標(biāo)測量技術(shù)具有很強(qiáng)的通用性與靈活性，從原理上說，它可以測量任何工件的任何幾何元素的任何參數(shù)。三維坐標(biāo)測量技術(shù)在水工金屬機(jī)構(gòu)制造安裝、原型觀測、故障診斷和變形測量中有著廣泛的應(yīng)用，如新疆雅瑪渡電站壓力鋼管變形測量、蜀河電站閘門原型觀測試驗(yàn)變形測量等。目前，成熟的三維坐標(biāo)測量儀器有工業(yè)大尺寸三坐標(biāo)測量系統(tǒng)、便攜式三維攝影測量系統(tǒng)、大尺度激光跟蹤測量系統(tǒng)、激光掃描測量系統(tǒng)和高精度三坐標(biāo)測量機(jī)、關(guān)節(jié)臂測量系統(tǒng)等。

3.2.3 無損檢測

無損檢測是指在不損害或不影響被測對象使用性能，不傷害被檢測對象內(nèi)部組織的前提下，對試件內(nèi)部缺陷和表面缺陷進(jìn)行檢查和測試的方法。常見的無損檢測方法有目視檢測(VT)、超聲波檢測(UT)、射線檢測(RT)、磁粉檢測(MT)、滲透檢測(PT)、渦流檢測(ECT)、聲發(fā)射檢測(AE)、超聲波衍射時(shí)差法(TOFD)、相控陣檢測(PAUT)和導(dǎo)波檢測等。

VT主要用于材料表面缺陷和焊縫外觀質(zhì)量檢測。四大常規(guī)檢測中的UT、RT適用于內(nèi)部缺陷檢測，MT和PT適用于表面缺陷檢測。ECT不需與被測物直接接觸，可進(jìn)行導(dǎo)電材料表面和近表面缺陷的高速自動(dòng)化檢測。AE主要用于檢測在用設(shè)備的缺陷發(fā)展情況，已被廣泛應(yīng)用于水利水電工程壓力鋼(岔)管的水壓試驗(yàn)安全監(jiān)控。TOFD的檢測圖像直觀、缺陷檢出能力極強(qiáng)，有逐漸取代RT的趨勢。PAUT解決了立體、厚板和復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊縫檢驗(yàn)的難題，是目前對形狀不規(guī)則的T、K、Y型焊縫檢測的最好手段。導(dǎo)波檢測利用機(jī)械應(yīng)力波沿著延伸結(jié)構(gòu)傳播的特性，可對規(guī)則管道進(jìn)行快速高效的檢查，已成功應(yīng)用于云南漫灣電站技術(shù)供水管道檢查。

3.2.4 腐蝕檢測

腐蝕檢測是指以檢測金屬損失為目的的在役設(shè)備的安全檢測，可以了解水工金屬結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境中受到的損傷情況，評價(jià)現(xiàn)有腐蝕防護(hù)措施的效果，預(yù)測其使用壽命，以期在發(fā)生嚴(yán)重問題前檢測出缺陷和損傷的基本方法。腐蝕檢測常用的檢測項(xiàng)目為金屬的蝕余厚度。

近年來，對水利水電工程壓力鋼管，已逐步采用漏磁技術(shù)和超聲波技術(shù)研發(fā)的腐蝕檢測器進(jìn)行管道安全檢測，可高效檢測出壓力鋼管的腐蝕坑、應(yīng)力腐蝕裂紋、疲勞裂紋等損傷的尺寸和位置。智能化高分辨率的漏磁和超聲波腐蝕檢測器除了準(zhǔn)確性、可靠性高以外，還可區(qū)別壓力鋼管管壁的內(nèi)外缺損。

3.2.5 應(yīng)力檢測

應(yīng)力檢測分為殘余應(yīng)力測試和工作應(yīng)力測試。殘余應(yīng)力是指構(gòu)件在制造過程中殘留在構(gòu)件內(nèi)的作用與影響。工作應(yīng)力是指構(gòu)件在工作時(shí)，由荷載引起的應(yīng)力。

殘余應(yīng)力的測試方法分為有損和無損兩大類。有損測試方法指應(yīng)力釋放法，也稱為機(jī)械的方法，主要有盲孔法、環(huán)芯法和壓痕法等，應(yīng)用最成熟的是盲孔法；無損測試方法指物理的方法，主要有X射線衍射法、中子衍射法、磁性法和超聲法等；X射線衍射法由于理論完善，對被測對象無損傷，測試精度較高，并且可重復(fù)測量，近年來已被廣泛應(yīng)用于水工金屬結(jié)構(gòu)尤其是對表面缺陷特別敏感的高強(qiáng)鋼的殘余應(yīng)力測試。

工作應(yīng)力的測試方法主要有應(yīng)變片電測法、光纖Bragg光柵測試法、光彈性法和雙目立體視覺測量方法等。根據(jù)水利水電工程的特點(diǎn)，并且為降低或消除導(dǎo)線電阻、接觸電阻等帶來的應(yīng)變測試誤差，水工金屬結(jié)構(gòu)的工作應(yīng)力測試多采用防水三線電阻四線接法的應(yīng)變片電測法。

3.2.6 振動(dòng)檢測

水工金屬機(jī)構(gòu)的振動(dòng)檢測分為動(dòng)力特性測試和動(dòng)力響應(yīng)分析。動(dòng)力特性測試主要包括自振頻率、阻尼系數(shù)和振型等基本參數(shù)的測試，動(dòng)力響應(yīng)分析是指對結(jié)構(gòu)在動(dòng)載荷作用下所引起的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、變形和應(yīng)力進(jìn)行的分析。

動(dòng)力特性測試獲得結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼系數(shù)和振型等參數(shù)，可為安全運(yùn)行提供參數(shù)依據(jù)。動(dòng)力特性測試方法多采用人工激振法和環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法。人工激振法又分為自由振動(dòng)法和強(qiáng)迫振動(dòng)法。由于水工金屬結(jié)構(gòu)在工作位置不易實(shí)現(xiàn)自由振動(dòng)，故多采用強(qiáng)迫振動(dòng)法，即采用機(jī)械裝置作為激振器，對其實(shí)現(xiàn)周期型的變諧振動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，獲得共振時(shí)的基頻、高階頻率和振型，以及計(jì)算阻尼比。

動(dòng)力響應(yīng)分析獲得結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力變化規(guī)律和振幅、頻率、加速度等參數(shù)，可為合理選擇運(yùn)行方式、避開激流影響造成的水流脈動(dòng)高能區(qū)、實(shí)現(xiàn)安全操作管理等提供技術(shù)依據(jù)。由于水工金屬結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作水頭等邊界條件不盡相同，動(dòng)力響應(yīng)的函數(shù)特征也不相同，因此，對每一個(gè)位置類型的水工金屬結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析的結(jié)果和判定結(jié)論會存在差異，但現(xiàn)場測試的技術(shù)路線和研究分析的思路是一致的，即在運(yùn)行過程中，采用振動(dòng)傳感器，對其構(gòu)件的振動(dòng)特性進(jìn)行測試，查找振源，確定振動(dòng)量級，評估運(yùn)行的安全性[8]。

4 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測技術(shù)進(jìn)展

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在病險(xiǎn)水庫大壩和水電站的不安全問題中，水工金屬結(jié)構(gòu)的問題占比達(dá)40%，在病險(xiǎn)水閘中占比更高達(dá)76.7%。水工金屬結(jié)構(gòu)的故障問題主要有腐蝕、應(yīng)力超標(biāo)、振動(dòng)問題、焊縫問題、啟閉力問題等，影響其安全運(yùn)行的因素主要有運(yùn)行環(huán)境、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、動(dòng)力響應(yīng)、運(yùn)行姿態(tài)、門槽水力學(xué)參數(shù)、啟閉機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行操作管理人員素質(zhì)等等。針對以上影響水工金屬結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的關(guān)鍵性因素，如果沒有合適的裝備來采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對存在的安全隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則會嚴(yán)重影響水利水電工程的運(yùn)行安全。所以，應(yīng)用成熟的科學(xué)技術(shù)手段和理論與實(shí)踐相結(jié)合的技術(shù)路線，建立水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測及運(yùn)行安全管理系統(tǒng)，可減輕水利水電工程給人們“如臨深淵，如履薄冰”的擔(dān)憂，做到“有測報(bào)、有預(yù)警、有對策、有保障”，真正實(shí)現(xiàn)水利水電工程建設(shè)、運(yùn)行管理的“百年大計(jì)、萬無一失”安全目標(biāo)。

由水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心自主研發(fā)并獲得國家專利的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測及運(yùn)行安全管理系統(tǒng)已在多個(gè)工程成功應(yīng)用，該系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了對水工金屬結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的受力狀態(tài)、動(dòng)力響應(yīng)、運(yùn)行姿態(tài)、門槽水力學(xué)參數(shù)、啟閉機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)的綜合在線監(jiān)測，并對其可靠性和安全性進(jìn)行實(shí)時(shí)在線評估以及安全預(yù)警，填補(bǔ)了水工金屬結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測的空白，必將極大提高我國水工金屬結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行管理水平。

5 結(jié) 語

水工金屬機(jī)構(gòu)雖然在水利水電工程建設(shè)投資中所占比重并不大，但其設(shè)備的可靠性、安全性往往是工程安全運(yùn)行的決定因素，其運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系到水利水電工程建筑物和下游城鎮(zhèn)的安危，關(guān)系到水利水電工程綜合效益的發(fā)揮，關(guān)系到庫區(qū)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定。水工金屬結(jié)構(gòu)的行政審批制度隨著我國行政體制改革必將發(fā)生較大變化，日益需要行業(yè)自律組織發(fā)揮充分作用。并且，隨著高壩大庫的建設(shè)與發(fā)展，大量的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的水工金屬結(jié)構(gòu)投入運(yùn)行，使用條件也日趨復(fù)雜，水工金屬結(jié)構(gòu)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測技術(shù)等保障手段也需要不同程度的提高。

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