浅析桥梁结构无损检测技术
2015-09-22
桥梁结构的安全检测是保证桥梁安全施工和运营的重要手段,近年来,随着大型桥梁建设的飞速发展,以及世界范围内桥梁结构损伤、老化及病害事故的不断增多,以及混凝土无损检测技术的不断提高,桥梁结构的无损检测技术越来越多的得到广泛的应用,它对确保桥梁施工和运营的安全,延长桥梁使用寿命,有效的利用和维护资源起到十分重要的作用。
1 无损检测技术的形成和发展
无损检测技术是材料学、应用物理学、现代电子技术和计算机技术相结合产物。桥梁工程中无损检测技术的形成和发展与混凝土无损检测技术的发展密切相关。1830年以来,人们就开始探索混凝土无损检测技术,并获得迅速发展。1935年格里姆、艾德用共振法测量混凝土的弹性模量；1949年加拿大的莱斯利和奇斯曼、英国的琼斯等运用超声脉冲法获得成功, 1963年罗马尼亚的费格瓦洛提出超声回弹综合法。这些研究为混凝土无损检测技术奠定了基础。1980年以来,随着相关科学技术的日益发展,无损检测技术又有取得了重大突破,出现了许多新的测试方法,无损检测技术日臻成熟,英美等国开展了无损检测技术的标准化工作,颁布了BSI(英国)和ASTM(美国)等标准,对无损检测技术的工程应用起到了良好的促进和推动作用。1990年以来，随着现代传感与通信技术的发展,无损检测技术更是出现了前所未有的发展势态,先后涌现出一大批新的检测方法和检测手段。
2 无损检测技术的特点和应用
桥梁的无损检测技术主要是在不损伤桥梁整体结构和构件性能的前提下，直接在桥梁的构件上进行某种特定的检测，用来评定桥梁的整体结构或者某些构件是否发生变化，进而推断出桥梁的内部缺陷和耐久性能等性能现状，并对桥梁的适用性、安全性和可靠性进行科学的评价。技术不破坏被检测桥梁的结构，不影响其使用性能，而且方法非常简捷；无损检测在进行检测时，检测工具可直接作用在构件表面或者内部，无损检测既可对新建桥梁进行检测，也可以对既有桥梁进行检测；无损检测方便、快捷；无损检测对桥梁结构的混凝土构件不具有破坏性，也可以获得破坏检测所不能获得的检测效果。同时，无损检测可在同一构件上进行反复和连续的检测，从而使检测结果具有一定的可比性。
无损检测技术在桥梁检测中的应用十分广泛,总体上可以概括为基于整体的结构状况识别和基于局部的构件损伤识别。识别桥梁的损伤,我们应该关注的是对结构功能产生严重影响的那些损伤,因此，将桥梁的损伤归结为材料损伤和结构受力损伤两大主要的损伤。由于公路桥梁无损检测技术比较新，所以我们必须在其应用加以不断开拓，并努力解决好目前无损检测技术所存在的问题。我们应该努力达到以下几个桥梁无损检测技术的应用目标：
(1)运用全球定位系统来更加精确的测量桥梁结构的变形，同时应用TRIP传感器来实时监测车辆超载的问题。
(2)在桥梁结构的评估上，应用强迫振动响应法来进行具体研究，并采用激光振动计来完成斜拉索拉力的检测工作。
(3)采用微波技术对桥梁的各种裂缝进行深入检测。
3 无损检测技术的主要方法
桥梁损伤的原因及类型
(1)桥梁在长期使用过程中会发生各种结构损伤。损伤的原因主要有
①使用、维护不当；
②车祸事故等人为因素；
③地震、风暴等自然灾害；
④交通量猛增加剧桥梁结构的自然老化。以上因素均导致了桥梁承载能力和耐久性的降低，甚至影响到运营的安全。
(2)典型桥梁损伤种类
①混凝土
a混凝土开裂；
b混凝土缺陷；
c混凝土碳化。
②钢筋锈蚀
a先裂后锈：混凝土开裂后导致的钢筋锈蚀；
b先锈后裂：混凝土开裂或表面混凝土成块脱落。
3．1 光纤传感器检测技术
“光纤传感器检测”是用于混凝土桥梁结构检测的一种新兴技术，它运用了光纤的两个特性来实现无损检测。首先运用光纤的第一个特性：光损矢量的测量。即利用纤维某些局部产生微小弯曲后所产生光矢量变化的效应原理通过比较传感器在拉紧或放松状态下其出射光的密度，就可确定入射光在整个传感器中所发生的变化，这种传感器被称为“股绞光纤传感器”。多层反射传感器运用了光纤的第二个特征，就是利用光传输时问原理，即光沿传感器到达反射镜，然后再反射回到光源处的传输时间。
3．2 红外热像仪检测技术
“红外热像仪检测”是一种用于预测桥面病害的检测技术，其基本原理是：利用红外摄像机来生成一幅桥面温度图像，该温度图像揭示了在阳光照射下混凝土裂层之上的桥面温度“热点”。这种温度较高的“热点”是由于较薄的充满空气的裂层就像绝热体一样，使得其上的混凝土的温度上升的更快些而形成的。可以借助红外热像仪把来自目标的红外辐射转变成为可见的热图像，通过热图像特征分析，直观地了解物体的表面温度分布，进而达到推断混凝土的内部结构和表面状态的目的。红外热像仪检测技术可以非接触的测量，具有快速、高稳定性、设备轻便、后处理灵活的特点。
3_3 声探测技术
(1)声发射检测技术。声发射检测技术方法已经在能源和加工业中使用了很长时间。近期，声发射检测仪器已经用于桥梁工程的疲劳裂缝检测，大多数结构材料在受力后出现如塑性变形、裂纹开裂、裂纹开展等微结构损伤时，就以声波的形式释放能量，声反射检测仪可以对处于荷载作用状态下的桥梁结构的内部材料和结构变化进行稳定的监视，并及时给出早期报警。
(2)超声波检测技术。利用超声波检测桥梁中的空隙位置是基于瞬间应力波原理。用一种短促的机械撞击产生低频应力波，传导至结构内部，再由断裂面或界面发射回来，以反射波的形态来进行判断。来自冲击面、断裂面以及其它面间的多种波会产生瞬间共振，可以用来测定结构的完整性或裂隙的位置，记录下来的信号(时间一频率曲线)可以进一步提供有关空隙位置的信息。
4无损检测技术的前景和展望
无损检测技术随着科学技术的发展而发展,是先进科学技术的结晶。无损检测技术促进了工业以致整个经济的发展,从某种意义上讲,无损检测技术水平可以作为衡量一个国家工业和经济的发展程度,以及科学技术发展水平高低的标志之一。无损检测技术是多学科综合的一门应用技术,是建立在基础学科的基础之上的,只有从基础理论中不断吸收养分,才能不断完善和发展。无损检测技术的研究,应善于把基础理论与工程实践结合起来,建立起理论研究与工程应用联系的桥梁,完善现有的方法和开辟新的途径。
同时，高新技术在无损检测领域中的广泛渗透、应用和衍生和发展,必将推动检测手段和评估方法的深刻变革,促使桥梁结构无损检测与评估技术向集成化、系统化、网络化和智能化方向发展。
4 结束语
(1) 随着我国大规模的道路桥梁交通建设，一些建成的高等级公路和大型桥梁、隧道等结构的安全性问题也显得日益突出。因此，无损检测技术的研究和开发具有广阔的前景。
(2) 桥梁检测是一个多学科交叉的系统工作，涉及结构、计算机、通讯和实验量测等多个领域，需要各个环节协调配合才能达到一个有效的效果。
(3) 对桥梁结构无损检测技术的前景进行了展望,指出集成化、系统化、网络化和智能化是未来的发展方向。
