Rosterkennungstechnologie für Turmstahlkonstruktionen
Studie zu Windlastkoeffizienten von Querarmen von Übertragungstürmen aus Winkelstahl unter schiefen Windwinkeln: Eine technische Analyse
Januar 11, 2026
Rosterkennungstechnologie für Turmstahlkonstruktionen: Eine umfassende Analyse
1. Einführung
1.1 Forschungshintergrund und Bedeutung
In moderner Infrastruktur, Turmstahlkonstruktionen spielen eine entscheidende Rolle und werden in verschiedenen Bereichen wie der Energieübertragung häufig eingesetzt, Kommunikation, und Transport. Zum Beispiel, in der Energiewirtschaft, hoch – Stromspannung Sendemast Stahlkonstruktionen sind für die sichere und stabile Stromversorgung über große Entfernungen verantwortlich. Im Kommunikationsbereich, Kommunikations-Turm Stahlkonstruktionen tragen Antennen, Gewährleistung des normalen Betriebs drahtloser Kommunikationsnetze.
jedoch, Diese Turmstahlkonstruktionen sind ständig rauen natürlichen Umgebungen ausgesetzt, einschließlich Feuchtigkeit, Sauerstoff, und verschiedene chemische Substanzen in der Luft und im Boden. Infolge, Korrosion ist ein häufiges und ernstes Problem. Rost beeinträchtigt nicht nur das Erscheinungsbild der Stahlkonstruktion, sondern gefährdet auch erheblich deren Sicherheit und Lebensdauer. Sobald Korrosion auftritt, die mechanischen Eigenschaften des Stahls, wie Festigkeit und Duktilität, wird allmählich abnehmen. Wenn es längere Zeit unentdeckt und unbehandelt bleibt, Dies kann zum strukturellen Versagen des Turms führen, was zu Stromausfällen führen könnte, Kommunikationsstörungen, und sogar eine ernsthafte Gefahr für die öffentliche Sicherheit darstellen.
Deshalb, Die Forschung zur Rosterkennungstechnologie für Turmstahlkonstruktionen ist von großer praktischer Bedeutung. Durch die präzise und rechtzeitige Erkennung von Rost kann das Wartungspersonal bereits im Vorfeld entsprechende Maßnahmen ergreifen, wie Anti – Korrosionsbehandlung, Teileaustausch, usw., um den sicheren Betrieb von Turmstahlkonstruktionen zu gewährleisten und deren Lebensdauer zu verlängern, Dadurch werden Wartungskosten und potenzielle Sicherheitsrisiken reduziert.
1.2 Forschungsziele und Umfang
Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, eine umfassende Analyse bestehender Rosterkennungstechnologien für Turmstahlkonstruktionen durchzuführen. Ziel ist eine systematische Überprüfung der Grundsätze, Vorteile, und Einschränkungen gängiger Nachweismethoden, Erkunden Sie die Anwendung neuer Technologien in diesem Bereich, und prognostizieren Sie die zukünftigen Entwicklungstrends der Rosterkennungstechnologie.
Der Forschungsumfang umfasst unter anderem die folgenden Aspekte. Erste, traditionell nicht – zerstörende Prüfverfahren zur Rosterkennung, wie z.B. Sichtprüfung, Erkennung magnetischer Streuflüsse, und Ultraschallprüfung, wird im Detail analysiert. Zweite, neue Technologien wie die elektrochemische Impedanzspektroskopie, Infrarot-Thermografie, und intelligenter Sensor – Es werden basierte Erkennungsmethoden erforscht. Endlich, die zukünftigen Entwicklungstrends der Rosterkennungstechnologie, einschließlich der Integration mehrerer Technologien, die Anwendung von künstlicher Intelligenz und Big Data bei der Erkennung, wird ebenfalls abgedeckt.
1.3 Aufbau der Arbeit
Diese Arbeit ist wie folgt aufgebaut. Kapitel 2 wird das Grundwissen über Turmstahlkonstruktionen einführen, einschließlich ihrer Strukturformen, Materialien, und der Mechanismus der Rostbildung. In diesem Teil wird eine theoretische Grundlage für die anschließende Untersuchung der Rosterkennungstechnologie gelegt.
Kapitel 3 wird sich auf gängige Rosterkennungsmethoden für Turmstahlkonstruktionen konzentrieren. Es werden die Arbeitsprinzipien erläutert, Betriebsabläufe, und Anwendungsszenarien jeder Methode, und vergleichen Sie ihre Vor- und Nachteile anhand praktischer Fälle.
Kapitel 4 wird neue Technologien zur Rosterkennung untersuchen. Es werden die Prinzipien und Merkmale neuer Technologien vorgestellt, und diskutieren ihre potenziellen Anwendungsaussichten und Herausforderungen im Bereich der Rosterkennung von Turmstahlkonstruktionen.
Kapitel 5 wird die zukünftigen Entwicklungstrends der Rosterkennungstechnologie analysieren, Berücksichtigung von Faktoren wie technologischer Innovation, die Entwicklung der Materialwissenschaft, und den Anforderungen der Branche.
Endlich, Kapitel 6 fasst den Forschungsinhalt der gesamten Arbeit zusammen, Schlussfolgerungen ziehen, und einige Vorschläge für zukünftige Forschung und praktische Anwendungen vorlegen. Durch diese logische Struktur, Die Leser erhalten ein klares Verständnis des Entwicklungsprozesses und der zukünftigen Ausrichtung der Rosterkennungstechnologie für Turmstahlkonstruktionen.
2. Theoretische Grundlage des Turmstahlkonstruktionsrosts
2.1 Mechanismus des Rostens von Stahlkonstruktionen
2.1.1 Chemische Reaktionen bei der Rostbildung
Stahl besteht hauptsächlich aus Eisen (Fe), und wenn Turmstahlkonstruktionen der Atmosphäre ausgesetzt sind, Es kommt zu einer Reihe komplexer elektrochemischer Reaktionen. Der Rostprozess von Eisen ist hauptsächlich eine elektrochemische Korrosionsreaktion. In Gegenwart von Wasser und Sauerstoff, Eisen fungiert als Anode und wird oxidiert. Die chemische Gleichung für die Oxidation von Eisen an der Anode lautet:
$$Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-}$$
. Hier, Eisenatome verlieren Elektronen und werden zu Eisenionen oxidiert ($$Fe^{2+}$$
).An der Kathode, Sauerstoff und Wasser nehmen Elektronen auf. Die Reaktionsgleichung lautet:
$$O_{2}+2H_{2}O + 4e^{-}\rightarrow4OH^{-}$$
. Die Eisenionen ($$Fe^{2+}$$
) An der Anode entstehende Gase reagieren mit den Hydroxidionen ($$OH^{-}$$
) an der Kathode erzeugt. Das resultierende Produkt ist Eisenhydroxid ($$Fe(OH)_{2}$$
), welches durch Sauerstoff in der Luft weiter oxidiert wird, um Eisenhydroxid zu bilden ($$Fe(OH)_{3}$$
). Die chemische Gleichung für diesen Oxidationsprozess lautet: $$4Fe(OH)_{2}+O_{2}+2H_{2}O\rightarrow4Fe(OH)_{3}$$
. Eisenhydroxid ist instabil und zersetzt sich unter Bildung von Rost, welches hauptsächlich aus Eisen besteht(III) Oxid ($$Fe_{2}O_{3}$$
) und seine hydratisierten Formen wie $$Fe_{2}O_{3}·nH_{2}O$$
. Diese Reihe chemischer Reaktionen führt nach und nach zur Bildung der rötlichen Farbe – braune Rostschicht, die häufig auf der Oberfläche von Stahlkonstruktionen beobachtet wird.2.1.2 Einfluss von Umweltfaktoren
Luftfeuchtigkeit: Beim Rostprozess spielt die Luftfeuchtigkeit eine entscheidende Rolle. Wasser ist ein wesentliches Medium für die elektrochemischen Reaktionen der Rostbildung. Wenn die relative Luftfeuchtigkeit in der Umgebung hoch ist, Auf der Oberfläche der Stahlkonstruktion bildet sich leicht ein dünner Wasserfilm. Dieser Wasserfilm bietet eine Elektrolytumgebung für die Übertragung von Ionen, Beschleunigung der elektrochemischen Korrosionsreaktion. Beispielsweise, in Küstengebieten, wo die Luftfeuchtigkeit oft höher ist 80%, Turmstahlkonstruktionen rosten häufiger als in trockenen Binnengebieten. Untersuchungen haben gezeigt, dass die relative Luftfeuchtigkeit übersteigt 60%, die Rostrate von Stahl beginnt deutlich zuzunehmen.
pH-Wert: Auch der Säuregehalt oder die Alkalität der Umgebung beeinflusst die Rostgeschwindigkeit. In einer sauren Umgebung, Wasserstoffionen (
$$H^{+}$$
) kann an der elektrochemischen Reaktion teilnehmen. Die Reaktionsgleichung lautet $$Fe + 2H^{+} \rightarrow Fe^{2+} + H_{2}\uparrow$$
. Saure Stoffe wie Schwefeldioxid ($$SO_{2}$$
) und Stickoxide ($$NO_{x}$$
) in der Atmosphäre können sich in Wasser auflösen und saure Lösungen bilden, die die Korrosion von Stahl beschleunigen. Im Gegensatz, in einer stark alkalischen Umgebung, obwohl die Korrosionsrate von Stahl unter normalen Umständen relativ langsam ist, wenn bestimmte aggressive Anionen vorhanden sind, es kann auch Korrosion verursachen. Zum Beispiel, in Industriegebieten mit hohem Gehalt an sauren Schadstoffen, Die Korrosion von Turmstahlkonstruktionen ist viel schwerwiegender.Temperatur: Die Temperatur beeinflusst die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Allgemein, innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs, Ein Temperaturanstieg kann den Rostprozess beschleunigen. Höhere Temperaturen erhöhen die kinetische Energie von Molekülen und Ionen, Förderung der Diffusion von Reaktanten und Produkten im elektrochemischen Reaktionssystem. jedoch, wenn die Temperatur zu hoch ist, es kann auch zur Verdunstung des Wasserfilms auf der Stahloberfläche führen, was die Rostreaktion bis zu einem gewissen Grad hemmt. Beispielsweise, in tropischen Regionen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit, Die Rostrate von Turmstahlkonstruktionen ist viel schneller als in gemäßigten Regionen.
2.2 Gefahren durch Rost an der Stahlkonstruktion des Turms
2.2.1 Reduzierung der strukturellen Festigkeit
Aus mechanischer Sicht, Rost ist eine poröse und spröde Substanz. Wenn sich auf der Oberfläche einer Stahlkonstruktion Rost bildet, es nimmt Platz ein und verringert allmählich das Kreuz – Querschnittsfläche des Stahlbauteils. Nach der Formel für die Axialkrafttragfähigkeit
$$N = fA$$
(wo $$N$$
ist die Tragfähigkeit, $$f$$
ist die zulässige Spannung des Materials, und $$A$$
ist das Kreuz – Schnittfläche), wie das Kreuz – Schnittfläche $$A$$
nimmt aufgrund von Rost ab, Auch die Tragfähigkeit des Stahlbauteils nimmt ab.Außerdem, Das Vorhandensein von Rost kann zu Spannungskonzentrationen an der Grenzfläche zwischen der Rostschicht und der Stahlmatrix führen. Spannungskonzentrationen können zur Entstehung und Ausbreitung von Rissen im Stahl führen. Sobald Risse auftreten und sich ausdehnen, Sie verringern die Festigkeit und Duktilität des Stahls weiter, Die strukturelle Integrität der Stahlkonstruktion des Turms ist ernsthaft gefährdet. Beispielsweise, in einem Stromübertragungsmast, wenn die Hauptträger und deren Kreuz korrodiert sind – Schnittflächen werden um reduziert 10%, Die Tragfähigkeit des gesamten Turms kann um mehr als reduziert werden 20%, was das Risiko eines strukturellen Versagens erheblich erhöht.
2.2.2 Auswirkungen auf die Lebensdauer
Die Korrosion von Turmstahlkonstruktionen beschleunigt den Alterungsprozess der Struktur. Ein typisches Beispiel ist ein in den 1990er Jahren in einem Industriegebiet errichteter Kommunikationsturm. Aufgrund der Höhe – Umweltverschmutzung in der Region, Die Stahlkonstruktion des Turms erlitt starke Korrosion. In etwas mehr als einem Jahrzehnt, Der Korrosionsgrad des Turms war in geringerem Maße viel höher als bei ähnlichen Türmen – verschmutzte Gebiete. Die ursprünglich geplante Lebensdauer des Turms betrug 25 Jahre, aber aufgrund starker Rostbildung, Es musste erst nach kurzer Zeit ausgetauscht werden 15 jahrelange Nutzung.
Rost beeinträchtigt nicht nur die Materialeigenschaften des Stahls, sondern schwächt auch die Verbindung zwischen den Bauteilen. Lose Verbindungen können bei äußeren Belastungen wie Wind und Erdbeben zu erhöhten Strukturschwingungen führen, was den Abbau der Struktur weiter beschleunigt. Infolge, die normale Lebensdauer der Turmstahlkonstruktion wird verkürzt, und häufigere Wartung und Austausch sind erforderlich, Dies erhöht die Wartungskosten und verringert den wirtschaftlichen Gesamtnutzen des Projekts.
3. Gängige Methoden zur Rosterkennung für Turmstahlkonstruktionen
3.1 Visuelle Inspektionsmethode
3.1.1 Inspektionsprozess und Funktionen
Die visuelle Inspektionsmethode ist der einfachste und unkomplizierteste Ansatz zur Erkennung von Rost an Turmstahlkonstruktionen. Während des Inspektionsprozesses, Prüfer beobachten die Oberfläche der Stahlkonstruktion direkt mit dem bloßen Auge oder mit Hilfe einiger einfacher Werkzeuge wie einer Lupe. Sie suchen nach Anzeichen von Rost, wie das Vorhandensein von Rötungen – braune Rostflecken, Veränderungen der Oberflächenfarbe des Stahls von seinem ursprünglichen metallischen Glanz zu einem stumpferen Aussehen, und die Bildung von Rostschichten unterschiedlicher Dicke. In einigen Fällen, Sie können auch Schaber verwenden, um die äußere Rostschicht vorsichtig zu entfernen, um den Grad der darunter liegenden Korrosion besser beurteilen zu können.
Diese Methode weist mehrere unterschiedliche Merkmale auf. Erstens, Es ist äußerst einfach und erfordert keine komplexe oder teure Ausrüstung. Prüfer können offensichtliche Rostprobleme auf der Oberfläche der Stahlkonstruktion schnell erkennen. Zweitens, es liefert sofortige Ergebnisse. Solange die Inspektion durchgeführt wird, Das Vorhandensein und die ungefähre Lage von Oberflächenrost können anhand dieser ermittelt werden – das – Stelle. jedoch, es hat auch erhebliche Nachteile. Es ist höchst subjektiv, da verschiedene Inspektoren möglicherweise unterschiedliche Urteile über den Grad des Rosts fällen. Außerdem, Es kann nur die Oberfläche erkennen – weist einen Grad an Rost auf und kann keine Auskunft über die innere Korrosionssituation der Stahlkonstruktion geben, Dies kann dazu führen, dass der tatsächliche Korrosionsschaden unterschätzt wird.
3.1.2 Anwendungsszenarien und Einschränkungen
Die Sichtprüfung eignet sich am besten für Vorprüfungen von Turmstahlkonstruktionen. Beispielsweise, bei routinemäßigen Wartungskontrollen von Kommunikationstürmen, Arbeiter können zunächst mithilfe einer visuellen Inspektion schnell die gesamte Struktur scannen, um offensichtliche Roststellen zu identifizieren. Es ist auch wirksam, wenn der Oberflächenrost sehr offensichtlich ist, beispielsweise bei stark korrodierten Stahlkonstruktionen in Küstengebieten mit hoher Luftfeuchtigkeit und Salz – beladene Luft, wo der Rost leicht zu erkennen ist.
jedoch, Seine Grenzen sind ebenfalls offensichtlich. Da es nur Oberflächenrost erkennen kann, für Stahlkonstruktionen mit innerer Korrosion, die an der Oberfläche noch nicht sichtbar ist, Diese Methode ist unwirksam. In Ergänzung, für Turmstahlkonstruktionen mit komplexen oder schwer zugänglichen Geometrien, Die visuelle Inspektion ist möglicherweise nicht umfassend genug. Zum Beispiel, in einigen hoch – Spannungsübertragungsmasten mit engen Zwischenräumen zwischen Bauteilen oder in harten Bereichen – zu – Bereiche erreichen, Es ist eine Herausforderung, eine gründliche Sichtprüfung durchzuführen, und versteckte Rostprobleme können übersehen werden.
3.2 Elektrochemische Nachweismethode
3.2.1 Grundprinzipien (wie die lineare Polarisationswiderstandsmethode)
Die lineare Polarisationswiderstandsmethode ist ein gängiges elektrochemisches Erkennungsprinzip zur Rosterkennung in Turmstahlkonstruktionen. In einem elektrochemischen System, wenn ein kleines Polarisationspotential an die Stahlkonstruktion angelegt wird (die Arbeitselektrode) in einer Elektrolytumgebung (B. der dünne Wasserfilm auf der Oberfläche der Stahlkonstruktion, der gelösten Sauerstoff und andere Substanzen enthält), Es fließt ein entsprechender Polarisationsstrom. Nach dem Faradayschen Gesetz und den Prinzipien der elektrochemischen Kinetik, Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Korrosionsrate (
$$v$$
) des Stahls und des Polarisationswiderstands ($$R_{p}$$
). Die Korrosionsrate kann ausgedrückt werden als: $$v = \frac{B}{R_{p}}$$
, wo $$B$$
ist eine Konstante, die mit dem elektrochemischen Reaktionsmechanismus des Stahls in der spezifischen Umgebung zusammenhängt. Durch Messung des Polarisationswiderstands $$R_{p}$$
, Die Korrosionsrate des Stahls kann berechnet werden, und somit kann der Rostgrad bestimmt werden. Wenn sich die Stahlkonstruktion in einem stärker korrodierten Zustand befindet, die Korrosionsrate ist höher, und der Polarisationswiderstand ist geringer.3.2.2 Instrumentierungs- und Betriebsschritte
Zu den häufig verwendeten elektrochemischen Nachweisgeräten gehören Korrosionspotentialmessgeräte. Die Betriebsschritte sind wie folgt: Erste, Bereiten Sie die Arbeitselektrode vor, Referenzelektrode, und Zähler – Elektrode. Die Arbeitselektrode ist normalerweise die Stahlkonstruktion selbst oder ein kleines Stück davon – Typ Stahl, der an der Struktur befestigt ist. Die Referenzelektrode sorgt für eine stabile Potentialreferenz, und der Zähler – Die Elektrode dient zur Vervollständigung des elektrochemischen Stromkreises. Dann, Verbinden Sie diese Elektroden mit dem Korrosionspotentialmessgerät. Nächste, Platzieren Sie die Elektroden in der entsprechenden Elektrolytumgebung auf der Oberfläche der Stahlkonstruktion. Danach, Starten Sie das Instrument, um ein kleines Polarisationspotential anzulegen, und messen Sie den resultierenden Polarisationsstrom. Endlich, entsprechend den gemessenen Daten, Berechnen Sie den Polarisationswiderstand und bestimmen Sie dann die Korrosionsrate und den Rostgrad mithilfe relevanter Formeln.
Während der Operation, Es müssen mehrere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Die Elektroden müssen ordnungsgemäß installiert werden, um einen guten elektrischen Kontakt mit der Stahlkonstruktion und dem Elektrolyten zu gewährleisten. Die Auswahl der Referenzelektrode sollte für die spezifische Umgebung der Stahlkonstruktion geeignet sein. Ebenfalls, Die Messung sollte in einer relativ stabilen Umgebung durchgeführt werden, um Störungen durch äußere Faktoren wie plötzliche Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen zu vermeiden.
3.2.3 Vor- und Nachteile
Einer der wesentlichen Vorteile der elektrochemischen Nachweismethode ist ihre schnelle Nachweisgeschwindigkeit. Sobald das Gerät eingerichtet ist und die Messung gestartet wird, Die Ergebnisse können relativ schnell erzielt werden, Das ist sehr gut geeignet für – Inspektionen vor Ort, bei denen die Zeit begrenzt ist. Darüber hinaus verfügt es über eine hohe Empfindlichkeit und kann selbst geringfügige Korrosionsveränderungen in der Stahlstruktur erkennen. jedoch, Diese Methode ist sehr anfällig für Umwelteinflüsse. Beispielsweise, Veränderungen in der Zusammensetzung des Elektrolyten (wie die Konzentration von gelöstem Sauerstoff und das Vorhandensein anderer Verunreinigungen im Wasserfilm auf der Stahloberfläche), Temperaturschwankungen, und das Vorhandensein elektromagnetischer Felder können die Genauigkeit der Messergebnisse beeinträchtigen. In Ergänzung, Die elektrochemische Nachweismethode erfordert ein gewisses Maß an Fachwissen und Fähigkeiten für die Bedienung und Datenanalyse, was seine weitverbreitete Anwendung unter Nicht-Personen einschränken könnte – professionelles Personal.
3.3 Zerstörungsfreie Prüfmethoden
3.3.1 Ultraschalltests
Das Prinzip der Ultraschallprüfung zur Rosterkennung in Turmstahlkonstruktionen basiert auf dem Verhalten von Ultraschallwellen beim Auftreffen auf unterschiedliche Medien. Wenn Ultraschallwellen in die Stahlkonstruktion übertragen werden, sie fahren mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Wenn eine Rostschicht oder Korrosion vorhanden ist – damit verbundene Mängel innerhalb der Stahlkonstruktion, Die Ultraschallwellen erfahren an der Grenzfläche zwischen den Schallwellen eine Reflexion und Brechung – leitende Stahlmatrix und die nicht – Klang – leitende Rostschicht. Die reflektierten Ultraschallwellen können vom Wandler empfangen werden. Durch Analyse der Zeitverzögerung, Amplitude, und Phase der empfangenen Ultraschallsignale, Informationen zum Standort, Größe, und Form des Rostes – damit verbundene Mängel können erhalten werden. Beispielsweise, ein großer Rost – Der gefüllte Hohlraum im Inneren der Stahlkonstruktion führt zu einer starken Reflexion der Ultraschallwellen, was zu einem Hoch führt – Amplitude des vom Wandler empfangenen Echosignals.
3.3.2 Magnetische Flussleckprüfung
Stahl hat eine gewisse magnetische Permeabilität. Bei der magnetischen Streuflussprüfung, An die Stahlkonstruktion des Turms wird ein Magnetfeld angelegt. Wenn sich die Stahlkonstruktion in einem normalen Zustand befindet, Die magnetischen Kraftlinien sind gleichmäßig im Stahl verteilt. jedoch, wenn Rost oder Korrosion in der Stahlkonstruktion vorhanden ist, die magnetische Permeabilität des Rostes – betroffene Gebietsveränderungen. Rost hat im Vergleich zur Stahlmatrix eine viel geringere magnetische Permeabilität. Infolge, Die magnetischen Kraftlinien werden aus dem Rost austreten – betroffenen Bereich, Bildung eines magnetischen Streuflussfeldes. Zur Erfassung dieses magnetischen Streuflussfeldes können spezielle Magnetsensoren eingesetzt werden. Die Stärke und Verteilung des erkannten magnetischen Streuflusssignals hängen von der Größe und dem Ort des Rostdefekts ab. Zum Beispiel, Eine größere Rostfläche erzeugt ein stärkeres magnetisches Streuflusssignal, So können die Inspektoren die Schwere des Rostproblems ermitteln.
3.3.3 Vergleich zerstörungsfreier Prüfmethoden
In Bezug auf die Erkennungstiefe, Die Ultraschallprüfung kann relativ tief in die Stahlkonstruktion eindringen, Normalerweise sind sie in der Lage, innere Rostdefekte in einer bestimmten Tiefe zu erkennen, abhängig von der Frequenz der verwendeten Ultraschallwellen und der Stahlsorte. Die Messung des magnetischen Streuflusses eignet sich besser zur Erkennung von Oberflächen – nah und flach – Tiefenrostfehler. Für Erkennungsgenauigkeit, Ultraschallprüfungen können mithilfe fortschrittlicher Signale relativ genaue Informationen über die Lage und Größe interner Rostfehler liefern – Verarbeitungstechniken. Mit der magnetischen Streuflussprüfung kann auch die Oberfläche genau lokalisiert werden – In der Nähe von Rostbereichen kann es jedoch zu Einschränkungen bei der genauen Messung der Tiefe kommen – Sitzdefekte.
Bezüglich des anwendbaren Bereichs, Die Ultraschallprüfung eignet sich für eine Vielzahl von Stahlkonstruktionen, unabhängig von ihren magnetischen Eigenschaften. Die Prüfung des magnetischen Streuflusses ist hauptsächlich auf ferromagnetische Stahlkonstruktionen anwendbar, als Nr – Ferromagnetische Materialien reagieren bei dieser Prüfmethode nicht gut auf das Magnetfeld. Zusammenfassend, Jede zerstörungsfreie Prüfmethode hat ihre eigenen Eigenschaften, und in praktischen Anwendungen, Eine Kombination mehrerer Methoden kann verwendet werden, um umfassendere und genauere Rosterkennungsergebnisse für Turmstahlkonstruktionen zu erzielen.
4. Fallstudien zur Rosterkennung in Turmstahlkonstruktionen
4.1 Fall Eins: Anwendung der visuellen Inspektion in einem Sendemast
4.1.1 Projekthintergrund
Der betreffende Sendemast wurde im Jahr gebaut 1995 und liegt in einem Vorort in der Nähe eines Industrieparks im südlichen Teil einer bestimmten Stadt. In der Gegend herrscht das ganze Jahr über eine hohe Luftfeuchtigkeit, mit einer durchschnittlichen relativen Luftfeuchtigkeit von ca 70%, und wird auch durch industrielle Schadstoffe wie Schwefeldioxid beeinträchtigt, das von nahegelegenen Fabriken ausgestoßen wird. Der Turm ist ein zentraler Bestandteil des örtlichen Stromnetzes, verantwortlich für die Übertragung von Hochtönen – Spannungsstrom von einem Kraftwerk in das Stadtgebiet, mit einer Höhe von 80 Meter und ein Gitter – Typ Struktur aus Q345-Stahl.
4.1.2 Ergebnisse und Analyse der visuellen Inspektion
Während einer routinemäßigen Sichtprüfung durch das Wartungsteam des Stromnetzes in 2020, Es wurden mehrere Problembereiche identifiziert. Erstens, im unteren Teil des Turms, nah am Boden, offensichtlich rötlich – An vielen Hauptträgern wurden braune Rostflecken beobachtet. Die Rostschicht war stellenweise relativ dick, mit einer geschätzten Dicke von ca 2 – 3 mm durch Schaben mit einem einfachen Werkzeug. In Ergänzung, die Verbindungsteile zwischen den Hauptträgern und dem Kreuz – Auch die Zahnspangen zeigten Anzeichen von Rost, und einige der Schrauben schienen korrodiert zu sein, Dabei verlieren ihre Oberflächen ihren ursprünglichen Glanz.
Die möglichen Gründe für das Rosten sind folgende. Die hohe Luftfeuchtigkeit in der Gegend bietet ein günstiges Umfeld für die elektrochemischen Korrosionsreaktionen der Rostbildung. Der Wasserfilm auf der Oberfläche der Stahlkonstruktion dient als Elektrolyt, Erleichterung der Übertragung von Ionen während des Korrosionsprozesses. Die industriellen Schadstoffe, insbesondere Schwefeldioxid, lösen sich im Wasserfilm auf und bilden saure Stoffe. Diese sauren Substanzen reagieren mit dem Stahl, Beschleunigung der Korrosionsrate. Beispielsweise, Schwefeldioxid kann mit Wasser zu schwefliger Säure reagieren (
$$H_{2}SO_{3}$$
), welches weiter zu Schwefelsäure oxidiert ($$H_{2}SO_{4}$$
) in Gegenwart von Sauerstoff. Die Schwefelsäure reagiert dann mit dem Eisen im Stahl, Dies führt zur Bildung von Eisensulfat und Wasserstoffgas, Dadurch wird der Rostprozess gefördert.4.2 Fall zwei: Elektrochemische Detektion in einem Kommunikationsturm
4.2.1 Anforderungen an Turminformationen und -erkennung
Der Kommunikationsturm befindet sich in einer Küstenstadt und wurde eingebaut 2008. es ist ein 50 – Meter – hohes Selbst – stehend drei – Rohrturm aus Edelstahl – Stahllegierung, Wird hauptsächlich zur Unterstützung von Kommunikationsantennen für Mobilfunknetzbetreiber verwendet. Aufgrund der Nähe zum Meer, Der Turm ist ständig einem Hoch ausgesetzt – Salz und hoch – Feuchtigkeitsumgebung. Die Betreiber benötigen eine regelmäßige und genaue Erkennung des Korrosionsstatus des Turms, um den stabilen Betrieb des Kommunikationsnetzwerks sicherzustellen. Sie sind besonders besorgt über die Anfangsstadien der Korrosion, Denn selbst leichte Korrosion an Schlüsselkomponenten könnte möglicherweise die strukturelle Stabilität des Turms und die Qualität der Kommunikationssignale beeinträchtigen.
4.2.2 Elektrochemischer Nachweisprozess und Datenanalyse
Die elektrochemische Detektion erfolgte mit einem professionellen Korrosionsüberwachungssystem auf Basis der linearen Polarisationswiderstandsmethode. Vor dem Test, Die Arbeitselektrode wurde sorgfältig an der Oberfläche des Hauptrohrs des Turms befestigt, Die Referenzelektrode wurde in einer stabilen Position nahe der Arbeitselektrode platziert, und der Zähler – Zur Vervollständigung des elektrochemischen Kreislaufs wurde eine Elektrode angebracht. Das Instrument wurde kalibriert, um eine genaue Messung zu gewährleisten.
Während des Erkennungsprozesses, Es wurde ein kleines Polarisationspotential angelegt, und der resultierende Polarisationsstrom wurde in regelmäßigen Abständen gemessen. Die über einen Zeitraum von einer Stunde gesammelten Daten zeigten, dass die Polarisationswiderstandswerte in einigen Bereichen des Turms relativ niedrig waren. Beispielsweise, an einer Position ca 10 Meter über dem Boden auf einer der Hauptröhren, Der Polarisationswiderstand wurde gemessen 1000 Ohm·cm², was auf eine relativ hohe Korrosionsrate in diesem Bereich hinwies. Nach der Formel
$$v = \frac{B}{R_{p}}$$
(wo $$B$$
war entschlossen zu sein 26 mV basierend auf den Eigenschaften des Edelstahls – Stahllegierung und die lokale Umgebung), Die Korrosionsrate in diesem Bereich wurde mit berechnet 0.026 mm/Jahr.Durch die Analyse der Daten aus verschiedenen Positionen des Turms, Es wurde festgestellt, dass die Bereiche näher am Boden und diejenigen mit Blick auf das Meer niedrigere Polarisationswiderstandswerte aufwiesen, deutet auf stärkere Korrosion hin. Dies stand im Einklang mit der Tatsache, dass diese Gebiete dem Hoch stärker ausgesetzt waren – Salz und hoch – Feuchtigkeit Meer – Brise Umgebung. In Ergänzung, durch Vergleich der über mehrere aufeinanderfolgende Erkennungszeiträume gesammelten Daten, Es wurde beobachtet, dass die Korrosionsrate in einigen Bereichen allmählich zunahm, Dies deutet auf ein potenzielles Risiko einer beschleunigten Korrosion hin, wenn keine vorbeugenden Maßnahmen ergriffen würden.
4.3 Fall Drei: Umfassende Anwendung der zerstörungsfreien Prüfung im Großraum – Schuppenturm
4.3.1 Turmstruktur und Komplexität
Das Große – Scale Tower ist ein 200 – Meter – hohes Gitter – Typischer Turm, der in einer bergigen Gegend liegt und im Jahr 1940 gebaut wurde 2010. Es dient sowohl der Energieübertragung als auch der Kommunikation, mit einer komplexen Struktur, die mehrere Plattformebenen umfasst, zahlreiche Kreuz – Zahnspange, und anders – große Stahlelemente. Der Turm ist hoch – Festigkeitsstahl, aber seine komplexe Geometrie und die raue Bergumgebung, Dazu gehören starke Winde, Temperaturschwankungen, und gelegentlich saurer Regen aufgrund von Luftschadstoffen, die der Wind aus nahegelegenen Industriegebieten trägt, stellen große Herausforderungen an die Rosterkennungsarbeit. Das Vorhandensein verschiedener Komponenten und der schwierige Zugang zu einigen Teilen des Turms machen es schwierig, mit einer einzigen Erkennungsmethode ein umfassendes Verständnis der Rostsituation zu erhalten.
4.3.2 Auswahl und Anwendung zerstörungsfreier Prüfverfahren
Um die Herausforderungen anzugehen, Es wurde eine Kombination aus Ultraschallprüfung und magnetischer Streuflussprüfung gewählt. Die Ultraschallprüfung wurde gewählt, weil sie interne Rostdefekte in der Dicke effektiv erkennen kann – ummauerte Stahlelemente des Turms, unabhängig von ihren magnetischen Eigenschaften. Die Prüfung des magnetischen Streuflusses wurde speziell für die Zieloberfläche hinzugefügt – nah und flach – Tiefenrostfehler in den ferromagnetischen Stahlbauteilen, die eher von Umweltfaktoren beeinflusst werden.
Während der Ultraschallprüfung, Um die Erkennung von Rostfehlern in unterschiedlichen Tiefen sicherzustellen, wurden Ultraschallwandler mit unterschiedlichen Frequenzen eingesetzt. Hoch – Zur Erkennung von Untiefen wurden Frequenzwandler eingesetzt – Tiefenfehler, während niedrig – Für tiefere Frequenzen wurden Frequenzwandler eingesetzt – Sitzdefekte. Die Wandler wurden vorsichtig entlang der Oberfläche der Stahlelemente bewegt, und die empfangenen Ultraschallsignale wurden kontinuierlich überwacht und aufgezeichnet.
Zur Prüfung des magnetischen Streuflusses, Es wurde ein tragbarer Magnetflussleckdetektor verwendet. Der Detektor wurde langsam über die Oberfläche der ferromagnetischen Stahlbauteile bewegt, und die magnetischen Streuflusssignale wurden real erfasst und analysiert – Zeit. Besonderes Augenmerk wurde auf die Bereiche gelegt, in denen eine Spannungskonzentration wahrscheinlich ist, wie etwa die Verbindungspunkte der Mitglieder.
4.3.3 Integrierte Analyse der Erkennungsergebnisse
Nach Abschluss der Ultraschallprüfung und der magnetischen Streuflussprüfung, Die Daten der beiden Methoden wurden umfassend analysiert. Die Ergebnisse der Ultraschallprüfung zeigten, dass es mehrere innere Roststellen gab – gefüllte Hohlräume in einigen der Hauptstützelemente in einer Tiefe von 5 – 10 mm von der Oberfläche entfernt. Die Größen dieser Hohlräume variierten von 10 – 30 mm im Durchmesser. Die Ergebnisse der magnetischen Streuflussprüfung zeigten, dass es zahlreiche Oberflächenfehler gab – in der Nähe von Rostfehlern, insbesondere in den Bereichen um die Verbindungspunkte der Mitglieder. Diese tauchen auf – Beinahe-Rostfehler bestanden hauptsächlich aus kleinen Grübchen und Rillen, mit einer maximalen Tiefe von ca 2 Millimeter.
Durch die Integration der beiden Datensätze, Es war möglich, ein vollständigeres Bild der Rostsituation des Turms zu erhalten. Die inneren Rostfehler werden durch Ultraschallprüfung festgestellt, obwohl von der Oberfläche aus nicht sichtbar, stellte eine erhebliche Bedrohung für die strukturelle Stärke der Hauptmitglieder dar. Die Oberfläche – Beinahe-Rostdefekte, die durch Magnetfluss-Leckagetests erkannt werden, wenn es unbehandelt bleibt, könnte sich im Laufe der Zeit möglicherweise zu schwerwiegenderer innerer Korrosion entwickeln. Basierend auf dieser umfassenden Bewertung, Es wurde ein detaillierter Wartungsplan erstellt, Dazu gehörte gezielte Anti – Korrosionsbehandlung sowohl im Inneren als auch an der Oberfläche – in der Nähe von Roststellen, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten – langfristige Sicherheit und Stabilität des Großen – Maßstabsturm.
5. Neue Entwicklungen und Trends in der Rosterkennungstechnologie für Turmstahlkonstruktionen
5.1 Einführung neuer Erkennungstechnologien
5.1.1 Faser – Optische Sensortechnologie
Faser – Die optische Sensortechnologie hat sich als vielversprechender Ansatz zur Erkennung von Rost in Turmstahlkonstruktionen herausgestellt. Das Grundprinzip der Faser – Der Vorteil optischer Sensoren liegt in ihrer Fähigkeit, die Änderungen optischer Signale zur Erkennung physikalischer Parameter im Zusammenhang mit der Stahlkonstruktion zu nutzen. Im Rahmen der Rosterkennung, Faser – Zur Überwachung der Dehnung und Korrosion werden häufig optische Sensoren eingesetzt – induzierte Veränderungen im Stahl.
Die meisten Ballaststoffe – Optische Sensoren basieren auf dem Prinzip der Lichtausbreitung in optischen Fasern. Wenn eine Faser – Der optische Sensor ist an einer Turmstahlkonstruktion befestigt, jegliche Verformung oder Spannung im Stahl aufgrund von Rost – Die induzierte Verschlechterung führt zu Veränderungen in den physikalischen Eigenschaften der optischen Faser. Beispielsweise, Durch die Korrosion des Stahls kann es zu lokalen Spannungskonzentrationen kommen, was wiederum dazu führt, dass die optische Faser Mikrowellen erfährt – Biegungen oder Änderungen im Brechungsindex. Diese Veränderungen wirken sich auf die Lichtübertragung innerhalb der Faser aus, wie zum Beispiel die Intensität, Phase, oder Wellenlänge des Lichtsignals. Durch die präzise Messung dieser Veränderungen im Lichtsignal, Auf den Spannungs- und Korrosionszustand der Stahlkonstruktion kann geschlossen werden.
Einer der wesentlichen Vorteile von Ballaststoffen – Das Besondere an der optischen Sensortechnik ist ihre hohe Empfindlichkeit. Es kann sehr kleine Spannungs- und Korrosionsänderungen erkennen, die mit herkömmlichen Methoden möglicherweise nicht nachweisbar sind. Zum Beispiel, Faser – Optische Sensoren können Dehnungsänderungen in der Größenordnung von Mikrometern erkennen – Stämme, Dies ermöglicht eine frühzeitige Erkennung der ersten Roststadien – verursachte Schäden an Turmstahlkonstruktionen. Außerdem, Faser – Optische Sensoren sind immun gegen elektromagnetische Störungen, Dies ist besonders in Umgebungen von Vorteil, in denen Turmstahlkonstruktionen häufig starken elektromagnetischen Feldern ausgesetzt sind, beispielsweise in der Nähe von Stromübertragungsleitungen. Diese Immunität gewährleistet die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Erkennungsergebnisse. Zusätzlich, Faser – Optische Sensoren können während der Bauphase einfach in die Struktur integriert werden, Bereitstellung lange – Begriff, real – Zeitüberwachungsfunktionen. Sie können über die Länge der Stahlbauteile verteilt werden, Dies ermöglicht eine umfassende Überwachung der gesamten Struktur.
5.1.2 Infrarot-Thermografie-Technologie
Die Infrarot-Thermografie-Technologie ist ein weiterer innovativer Ansatz zur Rosterkennung in Turmstahlkonstruktionen. Diese Technologie basiert auf dem Prinzip, dass sich eine Stahlkonstruktion im Normalzustand befindet, seine Oberflächentemperaturverteilung ist unter den gleichen Umgebungsbedingungen relativ gleichmäßig. jedoch, wenn Rost auftritt, die thermischen Eigenschaften der Stahloberfläche ändern sich. Rost ist im Vergleich zur Stahlmatrix ein schlechter Wärmeleiter. Infolge, wenn eine externe Wärmequelle (B. Sonnenlicht oder eine künstliche Wärmequelle) wirkt auf die Stahlkonstruktion, die Wärmeableitungsrate im Rost – Die Wirkungsweise in den betroffenen Gebieten unterscheidet sich von der in den normalen Gebieten.
In einem Infrarot-Thermografiesystem, Mit einer Infrarotkamera wird die von der Oberfläche der Turmstahlkonstruktion ausgehende Infrarotstrahlung erfasst. Die Infrarotstrahlung steht in direktem Zusammenhang mit der Oberflächentemperatur des Objekts. Die Kamera wandelt die Infrarotstrahlung in ein elektrisches Signal um, welches dann verarbeitet und als Wärmebild angezeigt wird. In diesem Wärmebild, Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen werden durch unterschiedliche Farben oder Graustufenwerte dargestellt. Für eine Turmstahlkonstruktion mit Rost, der Rost – Betroffene Bereiche werden im Wärmebild als Regionen mit abnormaler Temperaturverteilung angezeigt. Beispielsweise, wenn ein Teil der Stahlkonstruktion korrodiert ist, Die Rostschicht auf seiner Oberfläche führt dazu, dass sich der Bereich langsamer erwärmt oder schneller abkühlt als die umgebenden normalen Bereiche, wenn er derselben Wärmequelle ausgesetzt wird. Dieser Temperaturunterschied ist im Infrarot-Wärmebild deutlich sichtbar, So können Inspektoren den Ort und das Ausmaß des Rosts genau bestimmen.
Die Infrarot-Thermografietechnologie bietet mehrere Vorteile. Es ist ein Nicht – Kontakterkennungsmethode, Das bedeutet, dass damit Turmstahlkonstruktionen in Hartstahl geprüft werden können – zu – Erreichen oder gefährliche Bereiche ohne die Notwendigkeit eines direkten physischen Kontakts. Dies ist besonders nützlich bei hohen Türmen oder Bauwerken in schwierigen Lagen – zu – Zugangsgelände. Zusätzlich, Es kann schnell einen großen Bereich der Stahlkonstruktion scannen, So erhalten Sie in kurzer Zeit einen umfassenden Überblick über den Oberflächenzustand. jedoch, es gibt auch einige Einschränkungen. Die Genauigkeit der Infrarot-Thermografie wird durch Faktoren wie den Oberflächenemissionsgrad des Stahls beeinflusst, Umgebungstemperatur, und das Vorhandensein anderer Wärme – erzeugende Quellen in der Nähe. Deshalb, Um zuverlässige Erkennungsergebnisse zu erhalten, sind eine ordnungsgemäße Kalibrierung und Umgebungskontrolle erforderlich.
5.2 Integration mehrerer Erkennungstechnologien
5.2.1 Komplementäre Vorteile der Technologieintegration
Die Integration mehrerer Erkennungstechnologien ist zu einem wichtigen Trend bei der Rosterkennung von Turmstahlkonstruktionen geworden. Jede Erkennungstechnologie hat ihre eigenen einzigartigen Vorteile und Einschränkungen. Durch die Kombination verschiedener Technologien, Es ist möglich, die Mängel einzelner Methoden zu kompensieren und genauere und zuverlässigere Nachweisergebnisse zu erzielen.
Beispielsweise, Durch eine visuelle Inspektion lässt sich offensichtlicher Oberflächenrost leicht erkennen, aber es ist auf die Oberfläche beschränkt – Füllstandsbeobachtungen und kann keine innere Korrosion erkennen. Elektrochemische Nachweismethoden reagieren sehr empfindlich auf frühe Korrosionsstadien, werden jedoch leicht durch Umweltfaktoren beeinflusst. Zerstörungsfreie Prüfmethoden wie die Ultraschallprüfung können interne Fehler erkennen, können jedoch in einigen Fällen Einschränkungen bei der genauen Identifizierung der Art der Fehler aufweisen. Wenn diese Technologien integriert sind, Die visuelle Inspektion kann als vorläufige Screening-Methode eingesetzt werden, um potenziell problematische Bereiche auf der Oberfläche der Turmstahlkonstruktion schnell zu lokalisieren. In diesen identifizierten Bereichen kann dann eine elektrochemische Detektion angewendet werden, um die Korrosionsrate und den Rostgrad genau zu messen. Ultraschallprüfungen können zur weiteren Untersuchung des inneren Zustands der Stahlkonstruktion in Bereichen eingesetzt werden, in denen der Verdacht auf innere Korrosion besteht, Bereitstellung detaillierter Informationen über den Ort und die Größe des inneren Rosts – damit verbundene Mängel.
Die Integration von Ballaststoffen – Auch die optische Sensortechnik und die Infrarot-Thermografietechnik bieten komplementäre Vorteile. Faser – Optische Sensoren können real liefern – Zeit, kontinuierliche Überwachung der Dehnung und Korrosion – induzierte Veränderungen in der Stahlkonstruktion an bestimmten Punkten oder entlang einer bestimmten Länge. Infrarot-Thermografie, auf der anderen Seite, kann eine große bieten – Rahmen, nicht – Kontaktansicht der Oberflächentemperaturverteilung der gesamten Struktur, Dies hilft bei der Identifizierung von Bereichen mit abnormalen Wärmeableitungsmustern, die möglicherweise mit Rost zusammenhängen. Durch die Kombination dieser beiden Technologien, ein umfassenderes Verständnis der Rostsituation in der Turmstahlkonstruktion gewonnen werden, sowohl hinsichtlich der inneren Strukturveränderungen als auch der Oberfläche – Ebene Manifestationen.
5.2.2 Beispiele für integrierte Erkennungssysteme
In den vergangenen Jahren, Mehrere integrierte Erkennungssysteme wurden entwickelt und in der praktischen Technik eingesetzt. Ein Beispiel dafür ist ein System, das Ultraschallprüfungen kombiniert, Prüfung des magnetischen Streuflusses, und elektrochemische Detektion zur Inspektion großer – Maßstabsgetreue Stahlkonstruktionen für Kraftübertragungstürme.
Das System besteht aus mehreren Subsystemen. Das Ultraschallprüf-Subsystem besteht aus hoch – Präzisions-Ultraschallwandler, Signalverstärker, und Datenerfassungseinheiten. Das Subsystem zur Prüfung des magnetischen Streuflusses umfasst leistungsstarke Magnetfeldgeneratoren, empfindliche Magnetsensoren, und Datenverarbeitungsmodule. Das elektrochemische Detektionssubsystem ist mit Korrosionspotentialmessgeräten ausgestattet, Elektroden, und elektrochemische Analysesoftware.
Während des Betriebs dieses integrierten Erkennungssystems, Erste, Die magnetische Streuflussprüfung wird durchgeführt, um die Oberfläche schnell abzutasten – Überprüfen Sie die nahegelegenen Bereiche der Stahlkonstruktion auf Anzeichen von Rost – induzierte magnetische Anomalien. Die erkannten magnetischen Streuflusssignale werden sofort analysiert, um potenziellen Rost zu erkennen – betroffenen Gebiete. Dann, in diesen identifizierten Bereichen, Um die Korrosionsrate und den Rostgrad genauer zu messen, wird eine elektrochemische Detektion durchgeführt. Endlich, Zur weiteren Untersuchung des inneren Zustands der Stahlkonstruktion in den Bereichen, in denen aufgrund der beiden vorherigen Tests ein Verdacht auf innere Korrosion besteht, werden Ultraschallprüfungen durchgeführt. Die Daten aller drei Subsysteme werden über eine zentrale Datenverarbeitungseinheit integriert und analysiert. Dieses Gerät verwendet fortschrittliche Algorithmen zum Überqueren – Referenzieren Sie die Daten aus verschiedenen Subsystemen, Fehlalarme werden eliminiert und eine genauere Beurteilung der Rostsituation ermöglicht.
In einer praktischen Anwendung im großen – Maßstab Stromnetz, Dieses integrierte Erkennungssystem wurde zur Inspektion einer Gruppe alternder Strommasten eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten, dass ein breiteres Spektrum an Rost erkannt werden konnte – damit verbundene Probleme im Vergleich zur Verwendung einer einzelnen Erkennungsmethode. Es war in der Lage, nicht nur die Oberfläche genau zu identifizieren – Nahezu Rostdefekte, aber auch innere Korrosionshohlräume, die bisher mit herkömmlichen Methoden nicht erkannt wurden. Infolge, Das Wartungspersonal konnte gezieltere und effektivere Wartungspläne entwickeln, Dadurch wird die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Strommasten erheblich verbessert.
5.3 Anwendung intelligenter Algorithmen bei der Rosterkennung
5.3.1 Prinzip des maschinellen Lernalgorithmus in der Datenanalyse
Algorithmen für maschinelles Lernen, insbesondere neuronale Netze, finden zunehmend Anwendung bei der Analyse von Rosterkennungsdaten für Turmstahlkonstruktionen. Neuronale Netze bestehen aus mehreren Schichten miteinander verbundener Knoten (Neuronen). Im Rahmen der Rosterkennung, Ein neuronales Netzwerk wird zunächst anhand einer großen Menge markierter Daten trainiert. Diese gekennzeichneten Daten enthalten Informationen über die Eigenschaften der Turmstahlkonstruktion (wie zum Beispiel seine Materialeigenschaften, geometrische Abmessungen), die Umgebungsbedingungen (Feuchtigkeit, Temperatur, pH-Wert), und die entsprechenden Rosterkennungsergebnisse, die mit verschiedenen Erkennungsmethoden erhalten wurden (Sichtprüfungsdaten, Daten zur elektrochemischen Detektion, Ultraschallprüfdaten, usw.).
Während des Trainingsprozesses, Das neuronale Netzwerk passt die Gewichte der Verbindungen zwischen Neuronen an, um den Unterschied zwischen den vorhergesagten Ergebnissen und den tatsächlich gekennzeichneten Daten zu minimieren. Beispielsweise, in einem Feed – Vorwärtsneuronales Netzwerk zur Rosterkennung, Die Eingabeschicht empfängt die verschiedenen Datenmerkmale im Zusammenhang mit der Stahlkonstruktion und den Erkennungsergebnissen. Diese Daten werden dann über verborgene Schichten verarbeitet, wo komplex nicht – Lineare Transformationen werden angewendet, um aussagekräftige Muster zu extrahieren. Endlich, Die Ausgabeschicht liefert den vorhergesagten Roststatus der Stahlkonstruktion, wie zum Beispiel der Rostgrad, der Ort von Rostfehlern, und die Wahrscheinlichkeit zukünftiger Korrosion.
Deep-Learning-Neuronale Netze, die mehrere verborgene Ebenen haben, kann automatisch hierarchische Merkmale aus den Rohdaten lernen. Zum Beispiel, bei der Analyse von Ultraschallprüfsignalen zur Rosterkennung, eine tiefe – Lernende neuronale Netzwerke können lernen, zwischen normalen Ultraschallsignalen und Signalen zu unterscheiden, die verschiedenen Arten und Graden von Rost entsprechen – damit verbundene Mängel. Es kann auch die komplexen Zusammenhänge zwischen verschiedenen Faktoren berücksichtigen, beispielsweise wie die Umgebungsfeuchtigkeit und -temperatur mit dem Korrosionsprozess interagieren und wie diese Faktoren die Erkennungssignale beeinflussen.
5.3.2 Vorteile der intelligenten Erkennung
Der Einsatz intelligenter Algorithmen bei der Rosterkennung bietet mehrere wesentliche Vorteile. Erstens, Es ermöglicht die automatische Erkennung und Beurteilung der Rostsituation in Turmstahlkonstruktionen. Anstatt sich auf die manuelle Interpretation der Erkennungsdaten zu verlassen, Das ist Zeit – aufwändig und anfällig für menschliches Versagen, Intelligente Algorithmen können große Datenmengen schnell und genau analysieren. Beispielsweise, in einem großen – Scale-Turm-Inspektionsprojekt, bei dem Tausende von Datenpunkten aus mehreren Erkennungsmethoden gesammelt werden, Ein intelligenter Algorithmus kann alle Daten in kurzer Zeit verarbeiten und eine umfassende Beurteilung des Roststatus des gesamten Turms liefern.
Zweitens, Eine intelligente Erkennung kann die Genauigkeit der Rosterkennung verbessern. Durch Lernen aus einer großen Menge historischer Daten und den komplexen Beziehungen zwischen verschiedenen Faktoren, Maschine – Lernende Algorithmen können genauere Vorhersagen über die Rostsituation treffen. Sie können subtile Muster in den Daten erkennen, die von menschlichen Prüfern möglicherweise übersehen werden, Dies führt zu einer genaueren Standortbestimmung, Ausmaß, und Schwere des Rosts.
Außerdem, Intelligente Algorithmen können sich an unterschiedliche Turmstahlkonstruktionen und Umgebungsbedingungen anpassen. Sie können ihre Modelle kontinuierlich auf Basis neuer Daten aktualisieren, Dadurch eignen sie sich für ein breites Anwendungsspektrum. Beispielsweise, wenn eine neue Art von Turmstahlkonstruktion eingeführt wird oder sich die Umweltbedingungen in einem bestimmten Gebiet erheblich ändern, Der intelligente Algorithmus kann mithilfe der neuen Daten neu trainiert werden, um seine Wirksamkeit bei der Rosterkennung sicherzustellen. Insgesamt, Die Anwendung intelligenter Algorithmen zur Rosterkennung stellt einen großen Fortschritt bei der Verbesserung der Effizienz und Genauigkeit der Wartung und Verwaltung von Turmstahlkonstruktionen dar.
6. Fazit und Ausblick
6.1 Zusammenfassung der Forschungsergebnisse
Während dieser Forschung, Es wurde eine umfassende Untersuchung der Rosterkennungstechnologien für Turmstahlkonstruktionen durchgeführt. Traditionelle Erkennungsmethoden, wie z.B. Sichtprüfung, sind einfach und intuitiv, ermöglicht eine schnelle Identifizierung der Oberfläche – ebener Rost. jedoch, Sie sind höchst subjektiv und auf Oberflächenbeobachtungen beschränkt, innere Korrosion kann nicht erkannt werden. Elektrochemische Nachweismethoden, wie die lineare Polarisationswiderstandsmethode, bieten hohe Empfindlichkeit und schnelle Ergebnisse, Ihre Genauigkeit wird jedoch leicht durch Umweltfaktoren beeinträchtigt. Zerstörungsfreie Prüfmethoden, einschließlich Ultraschallprüfung und magnetischer Streuflussprüfung, kann das Innere und die Oberfläche erkennen – in der Nähe von Rostfehlern bzw, mit Ultraschallprüfung geeignet für tiefe – Erkennung sitzender Defekte in verschiedenen Stahlkonstruktionen und Prüfung des magnetischen Streuflusses, hauptsächlich anwendbar auf ferromagnetische Stahlkonstruktionen.
Neue Erkennungstechnologien, wie z.B. Ballaststoffe – optische Sensortechnik, bieten hohe – Empfindlichkeit, real – Zeitüberwachung mit Immunität gegen elektromagnetische Störungen. Infrarot-Thermografie-Technologie, auf der anderen Seite, erlaubt nicht – Kontakt, groß – Bereichsscan zur Identifizierung von Rost – damit verbundene abnormale Temperaturverteilungen, obwohl es durch Oberflächenemissionsgrad und Umweltfaktoren beeinflusst wird.
Die Integration mehrerer Erkennungstechnologien hat sich als äußerst vorteilhaft erwiesen. Durch die Kombination verschiedener Methoden, Die komplementären Vorteile können genutzt werden, um die Einschränkungen einzelner Techniken zu überwinden. Beispielsweise, Sichtprüfung zur Oberflächensiebung, elektrochemische Detektion zur präzisen Messung der Korrosionsrate, und Ultraschallprüfungen zur Untersuchung interner Defekte können eine umfassendere und genauere Beurteilung der Rostsituation ermöglichen.
6.2 Herausforderungen und Chancen in der zukünftigen Forschung
Trotz der Fortschritte bei den Rosterkennungstechnologien, Es bleiben noch einige Herausforderungen bestehen. Was die Genauigkeit angeht, Aktuelle Methoden haben immer noch Schwierigkeiten, den Korrosionsgrad in komplexen Stahlkonstruktionen genau zu messen, insbesondere wenn es um mehrere Arten von Korrosion geht – vorhanden oder in hart – zu – Zugangsbereiche. Die Anpassungsfähigkeit an komplexe Umgebungen ist eine weitere große Herausforderung. Stahlturmkonstruktionen befinden sich häufig in unterschiedlichen Umgebungen, wie hoch – Höhe, hoch – Feuchtigkeit, oder chemisch – verschmutzte Gebiete. Bestehende Erkennungstechnologien funktionieren unter diesen Bedingungen möglicherweise nicht optimal. Zum Beispiel, Elektrochemische Nachweismethoden werden durch Veränderungen der Elektrolytzusammensetzung in verschmutzten Umgebungen stark beeinträchtigt, und die Infrarot-Thermografie kann durch extreme Temperaturschwankungen verfälscht werden.
jedoch, Neue Technologien bringen auch zahlreiche Chancen mit sich. Die Entwicklung der Nanotechnologie könnte zur Entwicklung empfindlicherer Sensoren mit höherer Leistung führen. Beispielsweise, Nanosensoren könnten möglicherweise Spuren von Korrosion erkennen – verwandte Substanzen in der Umgebung der Turmstahlkonstruktion, Dadurch wird Rost noch früher erkannt. Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Algorithmen für künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen bietet die Möglichkeit, sich intelligenter und selbstbewusster zu entwickeln – Anpassung von Detektionssystemen. Diese Algorithmen können große Datenmengen von mehreren Sensoren und Umgebungsparametern analysieren, Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Rosterkennung.
6.3 Aussichten für die Entwicklung der Rosterkennungstechnologie für Turmstahlkonstruktionen
Blick nach vorn, Es wird erwartet, dass sich die Rosterkennungstechnologie für Turmstahlkonstruktionen hin zu mehr Intelligenz entwickeln wird. Intelligente Erkennungssysteme werden in der Lage sein, die Rostsituation automatisch zu analysieren und zu diagnostizieren, Bereitstellung real – Zeitwarnungen und Wartungsempfehlungen. Beispielsweise, ein voll – Das integrierte intelligente System könnte mithilfe einer Kombination aus Sensoren und Maschine den Zustand des Turms kontinuierlich überwachen – Lernalgorithmen, und wenn ungewöhnliche Korrosionstendenzen festgestellt werden, Es kann das Wartungspersonal sofort benachrichtigen und geeignete vorbeugende Maßnahmen vorschlagen.
Eine weitere wichtige Entwicklungsrichtung ist die Multifunktionalisierung. Zukünftige Erkennungstechnologien werden nicht nur in der Lage sein, Rost zu erkennen, sondern auch andere Faktoren im Zusammenhang mit der strukturellen Integrität des Turms zu bewerten, wie zum Beispiel Ermüdungsschäden, Stresskonzentration, und Materialverschlechterung. Diese umfassende Bewertung wird dazu beitragen, fundiertere Entscheidungen hinsichtlich der Wartung und Renovierung von Turmstahlkonstruktionen zu treffen. Zusätzlich, mit der steigenden Nachfrage nach nachhaltiger Entwicklung, Auch umweltfreundliche Detektionstechnologien werden ein Schwerpunkt zukünftiger Forschung sein. Diese Technologien minimieren die Auswirkungen auf die Umwelt während des Erkennungsprozesses und gewährleisten gleichzeitig eine hohe Qualität – Qualitätserkennungsergebnisse, Beitrag zur langen – Sicherheit und Stabilität von Turmstahlkonstruktionen auf umweltverträgliche Weise zu gewährleisten.
Verweise
[1] Zhang, G., Zhang, G., Liu, X., & Zhang, mit. (2010). Erkennung von Stahlkorrosion. Sichuan-Baumaterialien, 36(5), 56-57. [2] Bräunen, J., Lang, Z., Chen, J., Huang, L., & Lin, C. (2014). Analyse der Korrosion von Sendemasten und damit verbundenen Faktoren im Küstengebiet von Guangdong. Zeitschrift der Technischen Universität Guangdong, 31(11), 116-119. [3] Chen, Y., Yao, N., Xu, L., Kong, X., & Wang, B. (2015). Diskussion über die Rostgradklassifizierung von Übertragungsleitungsstahltürmen. Nordchinesische Elektrizität, (4), 30-34. [4] Bellis, D., & Diakon, J. (2005). Korrosionsschutz von Stahlkonstruktionen. Peking: Presse der chemischen Industrie. [5] Chen, Y., Tian, L., Wu, Y., Lied, T., Yan, X., & Welche, S. (2006). Phosphatierungslösungsformel für vor – Behandlung verrosteter Sendemasten vor dem Lackieren. Korrosion & Schutz, 27(6), 294-296. [6] Guo, J., Lu, L., Lied, Z., & Zhang, J. (2007). Vollständiger chemischer Schutz – Korrosionsbehandlung von hoch – Spannungsübertragungsleitungsmasten. Nordchinesische Elektrizität, (A01), 153-156. [7] in, W., Zuo, Y., Xiong, J., & Cao, J. (2008). EIS-Merkmale des Versagensprozesses von Verbundbeschichtungssystemen unter verschiedenen Oberflächenbehandlungsbedingungen. Zeitschrift für chemische Industrie und Ingenieurwesen (China), 59(2), 420-425. [8] Zhang, Z., Xiong, J., Cao, J., & Zuo, und. (2008). EIS-Studie zum Versagensverhalten organischer Beschichtungen bei unterschiedlichen Oberflächenbehandlungsgraden. Neue Technologie & Neuer Prozess, (10), 90-93. [9] Xu, Y., Yan, C., Gao, Y., Zhang, S., & Cao, C. (2003). Einfluss von Oberflächenzustand und -behandlung auf die Korrosion von A3-Stahl und das Versagen von Beschichtungen unter den Beschichtungen. Korrosionswissenschaft und Schutztechnologie, 15(4), 208-211.
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