淺談電磁感應法在混凝土橋梁檢測中的應用

劉波　李求源　李祥

（1.湖南聯智橋隧技術有限公司湖南長沙4101992.懷化市交通建設質量安全監督管理處湖南懷化　418000）

淺談電磁感應法在混凝土橋梁檢測中的應用

劉波1李求源1李祥2

（1.湖南聯智橋隧技術有限公司湖南長沙4101992.懷化市交通建設質量安全監督管理處湖南懷化418000）

隨著我國公路交通基礎設施建設的投入不斷加大，我國已有橋梁數量不斷攀升，對既有橋梁的檢測與評定任務不斷加劇，無損檢測方法在橋梁檢測中的充分運用，電磁感應法在測定混凝土橋梁的鋼筋布置、保護層厚度及鋼筋直徑的廣泛運用，通過對該法的基本原理進行分析，對采用該法的誤差來源進行分析，提出相應的改進方法與措施，論述了該法進行鋼筋直徑的檢測存在較大的誤差，提出采用其它檢測方法進行相互驗證。

電磁感應法；無損檢測；自感傳感器原理；鋼筋直徑檢測

1　引言

公路橋梁作為公路交通基礎設施的主要組成部分，隨著我國公路交通基礎設施建設的投入不斷加大，現我國公路橋梁截至2013年底，全國公路橋梁達71.34萬座，合計3662.78萬延米，我國橋梁數量眾多，混凝土橋梁占有較大的比重，大部分橋梁已修建了較長時間；在20世紀80年代前修建的橋梁所采用的設計荷載偏低，在一定程度上不滿足現今實際荷載要求，同時由于時間久遠，部分橋梁的設計文件、施工記錄、質量檢測及竣工資料的缺失，給既有橋梁評定照成一定的困難，為保證評定結果的準確性與有效性，為更好的保證加固維修的合理性，如今混凝土橋梁的檢測中大量采用無損檢測技術，其中主要包括混凝土強度的無損檢測、鋼筋銹蝕的無損檢測及鋼筋定位的無損檢測，鋼筋的相關檢測對于資料缺失的混凝土橋梁的評估與加固是檢測工作的重中之重，對于既有非預應力混凝土橋梁承載能力驗算關鍵在于明確構件的鋼筋布置與直徑[1]。

針對鋼筋定位的無損檢測方法主要包括：紅外線檢測、射線檢測、雷達檢測及電磁感應檢測，其中雷達檢測與電磁感應檢測在現今運用較多，其中市場大量運用的電磁感應檢測儀器均帶有鋼筋直徑檢測功能，并在實際工程中得到較為廣泛的運用，但采用電磁感應法檢測鋼筋直徑在一定程度存在較大的誤差。

2　電磁感應法檢測原理

電磁感應法檢測鋼筋的位置、分布與直徑時，依據的原理為電磁自感式傳感器原理相同如圖1所示，自感式傳感器一般由線圈、鐵芯和銜鐵組成，其中鐵芯與銜鐵均為導磁材料制成，當銜鐵移動時，氣隙厚度啄發生變化從而導致磁路中磁阻變化，直接引起感應線圈的電感值變化，通過測點電感量的變化確定銜鐵位移量的大小和方向[2]。

當線圈的匝數為N時，線圈中的電流為（A），磁路磁通為準（Wb），則根據電磁感應原理，可得電磁感應量表達式為：

由磁路歐姆定律可知：

式中：鬃為線圈總磁鏈；I為線圈中的電流；N為線圈中的匝數；準為穿過線圈的磁通；Rm為磁路總磁阻。

由（1～2）式可得：

磁阻Rm由鐵芯、銜鐵和氣隙中的磁阻組成。對于變隙式傳感器，因為氣隙小，可以認為氣隙中的磁場是均勻的，若不及磁路中的磁損，則磁路中的總磁阻為

式中：滋0、滋1、滋2分別為空氣、鐵芯材料、銜鐵材料的導磁率，L1為磁通通過鐵芯的長度，L2磁通通過銜鐵的長度，A、A1、A2為氣隙、鐵芯、銜鐵的截面面積。

由于一般磁導體的導磁率遠大于空氣的導磁率，所以

由（6）式可知當線圈的匝數為常數，電感僅與磁路中的磁阻有關[3]。運用電磁感應法檢測混凝土橋梁中鋼筋分布、保護層厚度及鋼筋直徑均采用該原理，但實際工程檢測中為非理想情況，因此在運用該原理進行檢測時導致檢測結果具有一定的誤差。

圖1　自感式傳感器示意圖

3　電磁感應法在混凝土橋梁檢測中運用

電磁感應法在混凝土橋梁無損檢測中得到廣泛運用，而運用該檢測方法所得的檢測結果存在一定的誤差，為保證檢測結果的準確性與可靠性，在運用該檢測方法進行檢測時，必須了解誤差的來源，采用一定的技術手段減小誤差，盡可能的保障檢測結果的準確、可靠。

3.1誤差來源分析

3.1.1理論誤差

電磁感應法檢測的原理與自感式傳感器原理相同，如上節所述自感式傳感器氣隙小，氣隙中的磁場是均勻分別，忽略磁路的磁損，而采用電磁感應法檢測混凝土橋梁時，由于混凝土保護層厚度的影響，磁損是不能忽略。

3.1.2鋼筋布置形式及電磁特性

已有的研究表明[4]采用電磁感應法對混凝土結構檢測時，鋼筋焊網形式、排列方式對檢測的精度均有明顯影響；鋼筋銹蝕、含雜質時鋼筋的磁導率均會改變，由電磁感應法的檢測原理可知將直接導致檢測誤差增大。

3.1.3混凝土的影響

混凝土的影響主要包括鋼筋保護層厚度及混凝土材料電磁特性的影響；鋼筋保護層的厚度越大，氣隙越大將直接影響磁路的磁損；混凝土的電磁特性不穩定，電磁波在混凝土中傳遞時將直接導致電磁波的衰減不一樣，因此影響檢測精度。

3.1.4相鄰鋼筋的相互影響

利用電磁感應法對混凝土結構進行檢測時，相鄰鋼筋同時會產生電磁感應現象，相鄰鋼筋間會形成相互干擾，從而影響檢測精度[5]。

3.1.5檢測環境的影響

電磁感應法檢測是檢測儀自身產生一個穩定的磁場，對被檢測結構的鋼筋形成自感，單外界存在磁場時將會對儀器自身磁場照成一定的影響；被檢測構件鄰近處存在磁導率大的物件時對檢測結果照成一定的影響。

3.2提高檢測精度的方法

3.2.1減少理論誤差

由自感傳感器的原理可知，減少理論誤差可通過確定合適的電磁強度來減少由于氣隙過大導致磁路的磁損的影響，同時通過提高儀器的計算能力分析能力，通過考慮混凝土中磁損、被檢測鋼筋的直徑等因素的影響來提高儀器本身的檢測精度。

3.2.2考慮鋼筋間距、保護層厚度及排列方式的影響

考慮效果系數，即鋼筋間距比上保護層厚度，當效果系數大于等于3時，測量值可依單排鋼筋進行處理，當效果系數小于3時，需考慮鄰近鋼筋的影響，需對檢測結果進行修正，修正值大于1；鋼筋橫排并起與鋼筋豎向并起，鋼筋直徑的等效值不同，橫向并起為檢測等效值為直徑的疊加，縱向并起等效值為3/4倍實際直徑疊加[5]。

3.2.3減少檢測環境的影響

檢測時遠離磁場，遠離磁導率強的物件[6]。

3.2.4電磁感應法與其它檢測方法相互驗證檢測

利用電磁感應原理對混凝土橋梁鋼筋直徑的檢測，由（6）式可知，未知參數為氣隙啄與氣隙的截面面積A，啄與保護層厚度及鋼筋直徑有關，A與鋼筋直徑有關，即（6）式中為保護層厚度與鋼筋直徑的函數關系式，可通過內部切換法和正交測量法進行鋼筋直徑與保護層厚度的檢測，由于混凝土材料的不均勻性導致檢測結果的誤差較大，因此，在實際檢測中應采用其它檢測方法驗證（破損檢測、地質雷達檢測等）。

3.2.5適當增加檢測樣本容量。

4　結論

（1）電磁感應法檢測混凝土橋梁的原理為自感傳感器原理類似。

（2）采用電磁感應法對混凝土橋梁檢測精度影響因素有理論誤差、鋼筋的布置形式、鋼筋的電磁特性、混凝土的影響、相鄰鋼筋的干擾及環境影響等因素。

（3）針對影響檢測精度的因素，提出與之對應的方法，同時提出單一的采用電磁感應法檢測混凝土橋梁的鋼筋直徑的方法不適宜，需結合其它檢測方法進行相互驗證。

[1]鐘惠萍，張建仁，張克波.缺失資料既有鋼筋混凝土橋梁鋼筋分布狀況的檢查[J].中外公路，2006，26（1）：85～88.

[2]任化芝.電感傳感器原理分析及其在非破損檢測中參數的選擇[J].山東建筑大學學報，1987，2：011.

[3]傳感器.傳感器原理與應用[M].電子科技大學出版社，1999.

[4]吳曉明，趙暉，劉冠國，等.電磁感應鋼筋探測儀對混凝土保護層厚度檢測精度的研究[A].江蘇省公路學會優秀論文集（2006～2008）[C].2009.

[5]賈鑫，謝仁明.電磁感應法檢測混凝土中鋼筋直徑的應用[J].住宅科技，2010，30（8）：22～25.

[6]蔡慧悅，劉永翔.鋼筋定位儀的工作原理及其在舊橋檢測中的應用[J].廣東交通職業技術學院學報，2006，4（4）：50～52.

U448.25

A

1673-0038（2015）49-0266-02

2015-11-10

劉波（1987-），男，工程師，碩士，主要從事橋梁檢測與加固大跨度橋梁監控工作。

李求源（1984-），男，工程師，本科，主要從事橋梁檢測與加固及大跨度橋梁監控量測工作。

李祥（1979-），男，工程師，本科，主要從事交通土建工程工作。