橋梁結構無損檢測技術分析

摘 要:對當前國內外橋梁結構無損檢測技術進行了述評，介紹了表觀檢測技術、計算機透析成像技術、光探測技術、聲探測技術的原理，并分析了各自的優缺點。

關鍵詞:橋梁結構無損檢測述評

中圖分類號:U416文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0035-01

1 表觀檢測技術

通過檢測人員的觀察，對結構的外在形態進行調查，包括對橋梁整體與局部構造幾何尺寸的量測、結構病害的檢查與量測等。表觀檢測要達到定量反映橋梁結構狀況，就得依據相關規范評定橋梁技術等級的要求。結構資料的調查包括了解橋梁的原結構設計、施工工藝及過程以及橋梁的結構維修養護歷史等。對于鋼筋混凝土橋梁來講，主要是混凝土與鋼筋的相關檢測，包括混凝土的強度等級、碳化深度、與耐久性有關的含堿量和氯離子含量，以及鋼筋的銹蝕狀況、保護層厚度測試等。優點:表觀檢測是橋梁結構損傷診斷中最常用的方法;其最主要的優點為，直觀明了，可及性強，并且經濟實用。缺點:主觀性強;費時;僅適合定性評價;效率低;內部損傷難以察覺。

2 計算機透析成像技術

CT掃描儀主要由探測器和信號源兩大部分組成。其基本原理是，利用X射線穿透物體斷面進行旋轉掃描，收集X射線經某層面不同物質衰減后的信息，進行放大和模數轉換后，由計算機對CT探測空間范圍內與某點相關的各個方向射線進行空間解算，得出與該點X射線吸收系數直接關聯的CT數，從而形成一幅物體斷層的數字圖像。CT圖像中的黑白對比清楚地表明了被檢測物體的密度分布，包括結構內部的孔洞、裂紋和其它缺陷。優點:成果直觀;實施簡便;分辨率高;經濟;穿透深度大。缺點:作業成本較高;實現高信噪比的觀測，具有一定的技術難度;射線防護困難。

3 光探測技術

3.1 紅外熱像儀檢測技術

“紅外熱像儀檢測”是:利用紅外攝像機來生成一幅橋面溫度圖像，這種溫度圖像揭示了在陽光照射下混凝土裂層之上的橋面溫度“熱點”。這種溫度較高的“熱點”是由，薄的充滿空氣的裂層，就像絕熱體一樣，使得其上的混凝土的溫度上升的更快些，而形成的。紅外線檢測技術是依據物體的紅外輻射、表面溫度、材料特性三者間的內在關系，借助紅外熱像儀把來自目標的紅外輻射轉變為可見的熱圖像，通過熱圖像特征分析，直觀地了解物體的表面溫度分布，進而達到推斷混凝土的內部結構和表面狀態的目的。

優點:紅外熱像儀檢測技術可以非接觸的測量，具有快速，高穩定性，設備輕便，后處理靈活，熱成像圖可以很好的反映溫度的信息。缺點:影響物體溫度的變量是相當多的，尤其天氣的變化是一個很重要的原因，相關的改善措施還在摸索階段。

3.2 光纖傳感器檢測技術

光纖傳感技術是利用光纖對某些特定的物理量敏感的特性，將外界物理量轉換成可以直接測量的光信號的技術。從20世紀70年代中期至今，光纖傳感技術經過30多年的飛速發展已經有了很大的進步，已成功研制了百余種光纖傳感器，它已涉及到國防軍事、航天航空、工礦企業等各種領域。優點:由于光纖傳感器是以光信號為變換和傳輸的載體，利用光纖傳輸信號，所以在橋梁局部損傷檢測中，光纖傳感器具有許多獨特的優點:抗電磁干擾;具有極高的靈敏度和分辨率;便于成網，有利于與現有光通信技術組成遙測網和光纖傳感網絡;成本低;光纖是由石英玻璃制成的，是一種介質、絕緣體，且耐高壓、耐腐蝕，能在易燃易爆的環境下可靠運行;光纖為無源器件，對被測對象不產生影響;光纖體積小，重量輕，可做成任意形狀的傳感器陣列;光纖傳感器可重復使用，并且長期應用時可以進行自基準等。

缺點:因其價格昂貴，針對我國的國情該項技術在我國的橋梁檢測中還難以推廣。

4 聲探測技術

聲探測技術主要包括超聲波探測技術、聲發射檢測技術和沖擊—回聲檢測技術。聲探測技術是目前發展最迅速的無損檢測。

4.1 超聲波探測技術

超聲波探測技術利用聲脈沖在缺陷處發生特性變化的原理來進行檢測。超聲波能夠以一定的速度在某種材料中傳播，直至遇到不連續點或抵達測試物的邊界時才反射回來，通過信號的強度可以獲知損傷的程度，而將信號發生的時間和超聲波在材料中的傳播速度聯系起來，則可以獲知損傷的位置。

主要優缺點:(a)對結構混凝土本身材料組織構造和使用性能沒有損害，可以直接對混凝土結構、構件進行強度的測定，運用預先建立的率定關系值，就能比較真實地反映結構混凝土各部位的實際強度;(b)應用超聲波檢測能全面地反映混凝土結構整體的強度和結構性能;(c)頻率高，指向性比較好。傳播能量大，對各種材料的穿透力較強。超聲波的聲速、衰減、阻抗和散射等特性，為超聲波的應用提供了豐富的信息;(d)重復或復核檢測方便，重復性良好;(e)適應性強、檢測靈敏度高、對人體無害、設備輕巧、成本低廉，可及時得到探傷結果，適合在實驗室及野外等各種環境下工作，并能對正在運行的裝置和設備實行在線檢查;(f)由于超聲波的波長比較短，利用超聲波成像技術進行檢測的分辨率高，合理布置測線密度和反演網格單元就可以保證在測試區域內有足夠的分辨率。

4.2 聲發射檢測技術

大多數結構材料在受力后出現如塑性變形、裂紋開裂、裂紋開展等微結構損傷時，就以聲波的形式釋放能量。它的優點是可以對處于荷載作用狀態下的橋梁結構的內部材料和結構變化進行穩定的監視，并給出早期報警。

主要優點:(a)適用于實時動態監控檢測，且只顯示和記錄擴展的缺陷，與缺陷尺寸無關;(b)對擴展的缺陷具有很高的靈敏度，其靈敏度大大高于其他方法;(c)具有整體性特點。在檢驗大型的和較長物體的焊縫時，這種優越性更明顯;(d)能進行不同工藝過程和材料性能及狀態變化過程的檢測;(e)AET技術受材料的性能和組織的影響要小些，例如材料的不均勻性對射線照相和超聲波檢測影響較大，而對AET技術則無關緊要，因此AET技術的使用范圍較寬;(f)使用AET技術比較簡單，現場聲發射檢測監控與試驗同步進行，不會因使用了聲發射檢測技術而延長試驗工期，檢測費用也較低，特別是大型構件的整體檢測，其檢測費用遠遠低于射線或超聲檢測費用，而且可以整體、實時地檢測和結果評定。

缺點:AET需要在特定荷載條件下進行，AET目前只能給出聲發射源的部位、活度和強度，不能給出聲發射源缺陷的性質和大小，對超聲發射源，需要使用其他常規無損檢測方法進行局部復檢，以綜合判定其有沒有危險，是否允許存在。

4.3 沖擊—回聲檢測技術

沖擊—回聲檢測技術是基于使用彈性沖擊產生的瞬時應力波，在預留孔位置的混凝土表面利用一個短時的機械沖擊產生低頻的應力波，應力波傳播到結構內部，被缺陷表面或構件底面反射回來。因此，應力波在構件表面、內部缺陷表面或構件表面底部邊界之間來回反射產生瞬態共振，其共振頻率能在振幅譜中辨別出，用于確定內部缺陷的深度和構件的厚度。

優點:沖擊回波方法不僅可以測量物體的厚度，也可以確定物體內部缺陷的位置及其延伸。該方法成功用于質量控制，辨認一個建筑物中的可疑點并對其定量。例如檢測橋梁表層的分層，定位裂紋或氣孔，或檢查灌注漿管道中氣孔，并對其進行日常評估。

缺點:雖然沖擊回波法檢測過程簡單，但要成功解釋測試結果需要對復雜聲學知識有所了解，從而限制了該方法的廣泛應用，特別是自動化檢測設備的發展。