橋梁工程無損檢測(cè)技術(shù)綜述

(重慶交通大學(xué)　重慶　400000)

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)橋梁建設(shè)取得了令人矚目的巨大成就。橋梁建設(shè)數(shù)和規(guī)模逐漸增加，橋梁在我們生活中已經(jīng)成了不可缺少的部分。但是隨著時(shí)間增長(zhǎng)，橋梁在使用過程難免會(huì)出現(xiàn)各種損耗，比如，船舶的碰撞，車禍?zhǔn)鹿实淖矒舻热藶橐蛩兀偌由想S時(shí)間的增加，材料的老齡，以及積雪，地震，酸雨，洪水等自然災(zāi)害的襲擊超過橋梁自身承受的能力，就會(huì)導(dǎo)致橋梁垮塌，斷裂，造成重大的人力物力的損失。所以，橋梁結(jié)構(gòu)安全問題就成了當(dāng)今社會(huì)的重中之重，如果在事故發(fā)生之前我們就做好了對(duì)橋梁進(jìn)行周期檢測(cè)評(píng)估，對(duì)危橋進(jìn)行維修，加固防治，就會(huì)大大減少悲劇的發(fā)生。但是這些維修加固工作又必須基于對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)詳細(xì)系統(tǒng)的檢測(cè)之上。本文參照了最近十年的國(guó)內(nèi)的檢測(cè)技術(shù)，闡述當(dāng)前的檢測(cè)技術(shù)狀態(tài)，和存在的一些問題，并比較國(guó)外的檢測(cè)技術(shù)狀況談?wù)剻z測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

二、橋梁無損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

橋梁無損檢測(cè)是對(duì)橋梁的基本狀況進(jìn)行調(diào)查研究。是通過一種技術(shù)手段再不損傷橋梁的自身結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上對(duì)橋梁的損傷部位，橋梁的危害性質(zhì)，危害程度，進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)橋梁的安全進(jìn)行評(píng)估分析。找出發(fā)生的原因并未橋梁的維修加固提供最直接的依據(jù)。無損檢測(cè)又分為無損局部檢測(cè)和無損整體檢測(cè)。局部檢測(cè)是對(duì)結(jié)構(gòu)的某個(gè)部分進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試它的損傷程度，類型，進(jìn)而判斷它對(duì)整體的影響。無損整體檢測(cè)無損檢測(cè)技術(shù)相對(duì)于其他類的檢測(cè)技術(shù)來說，主要三點(diǎn)，不損傷橋梁基本原結(jié)構(gòu)；檢測(cè)更精確；操作流程更簡(jiǎn)單。

(一)橋梁無損檢測(cè)技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)常見的幾類無損橋梁檢測(cè)技術(shù)如下：

1.振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。振動(dòng)類檢測(cè)技術(shù)的原理是，通過機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的波或者說應(yīng)力波，當(dāng)波通過構(gòu)件中損傷的部位時(shí)，基于損傷部位的材質(zhì)特性發(fā)生變化，反應(yīng)出構(gòu)件的各項(xiàng)參數(shù)的一種方法。對(duì)于振動(dòng)和沖擊原理的振動(dòng)類檢測(cè)技術(shù)在橋梁無損檢測(cè)中已經(jīng)得到廣泛的運(yùn)用，目前，這類檢測(cè)的一些比較常用的技術(shù)還包括橋梁的動(dòng)力檢測(cè)、sawa表面波檢測(cè)以及樁基反射波動(dòng)力檢測(cè)等。

2.電磁波探測(cè)技術(shù)。雷達(dá)類檢測(cè)技術(shù)與渦流類檢測(cè)技術(shù)是電磁波探測(cè)技術(shù)的主要兩大類。雷達(dá)無損檢測(cè)主要是利用損傷部位的介質(zhì)與其周圍介質(zhì)不同，如裂縫，空洞等有不同的參數(shù)性質(zhì)。其實(shí)質(zhì)是利用超高頻電磁波的發(fā)射與電磁波接收技術(shù)。用雷達(dá)檢測(cè)時(shí)，當(dāng)雷達(dá)電磁波通過橋檢測(cè)部位時(shí)，反射回來的電磁波被接收裝置接收，然后通過電子分析裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，變成可視化數(shù)據(jù)，得到構(gòu)件的各項(xiàng)參數(shù)。目前，采用雷達(dá)進(jìn)行橋面的檢測(cè)包括了多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，主要有雷達(dá)側(cè)厚，測(cè)濕，測(cè)異常物，側(cè)密實(shí)度和彈性模量等。渦流類檢測(cè)技術(shù)則主要是利用電磁感應(yīng)。用通電的線圈靠近導(dǎo)電的材料，通電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)的作用下，構(gòu)建表面感應(yīng)產(chǎn)生渦流，通過判斷表面渦流的大小來來確定構(gòu)建表面的缺陷。主要用于檢測(cè)構(gòu)件的表面損傷。

3.紅外熱像儀檢測(cè)技術(shù)。它的原理在于，溫度在零攝氏度以上的物體都會(huì)因?yàn)槲矬w內(nèi)的分子運(yùn)動(dòng)而輻射出紅外線，溫度越高，物體的原子分子運(yùn)動(dòng)的就越劇烈，反之，輻射的能量就越小。紅外線是一種電磁波，也是一種可見光。無線電波與可見光之間的連續(xù)頻譜中的位置正好電磁波。通過紅外探測(cè)器將物體發(fā)出來的熱輻射轉(zhuǎn)化為我們可見的圖像數(shù)據(jù)，通過電子系統(tǒng)的分析，就能判斷出物體表面的溫度空間分布。目前，這種技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于橋面板的剝離和分析分層現(xiàn)象檢測(cè)，以及裂縫、鋼結(jié)構(gòu)焊縫探傷、地下管線探測(cè)技術(shù)。

4.激光檢測(cè)技術(shù)。激光是目前發(fā)展起來的一種高端的科學(xué)技術(shù)[18]。因?yàn)樗懈叩难苌湫?、高的方向性、高?qiáng)度、高測(cè)微精度、高分辨和全息反映能力等獨(dú)特技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)國(guó)防建設(shè)和實(shí)驗(yàn)的研究起到非常非常重要的意義。幾十年來，國(guó)內(nèi)外研制開發(fā)了一大批具有現(xiàn)代水平的可用于道路橋梁檢測(cè)的激光類測(cè)量?jī)x器與技術(shù)。激光技術(shù)應(yīng)用于橋梁檢測(cè)中很普遍，主要包括激光測(cè)距，激光的紋理測(cè)試儀和激光路面段面測(cè)試儀等。

5.攝像檢測(cè)技術(shù)。攝像類采集技術(shù)大大避開了，傳統(tǒng)的路面橋梁檢測(cè)，用眼睛觀察的誤差盲點(diǎn)。傳統(tǒng)的人工測(cè)量，無論是測(cè)量誤差，還是讀數(shù)誤差提供的錯(cuò)誤檢測(cè)數(shù)據(jù)，都給后面的橋梁維修加固以及橋梁的質(zhì)量等級(jí)評(píng)估都帶來了嚴(yán)重的麻煩。造成多余的經(jīng)濟(jì)損失。攝像檢測(cè)技術(shù)在國(guó)外使用于1970年，80年代后引入國(guó)內(nèi)，被我過用于橋梁路面的檢測(cè)，到目前發(fā)展為新型智能橋面路況檢測(cè)，通過把該裝置安裝在監(jiān)測(cè)車，自動(dòng)的快速的收集路面狀況信息，存儲(chǔ)。通過電子系統(tǒng)對(duì)收集的信息進(jìn)行處理分析，從而準(zhǔn)確的知道路面的磨損情況，橋面的傾斜程度，橋面的凹凸?fàn)顩r，還能在計(jì)算機(jī)顯示的圖像上觀測(cè)到甚至1毫米的裂縫以及裂縫在橋面上的準(zhǔn)確位置。大大提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確度與效率。

6.聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)。聲發(fā)射(Acoustic Emission,簡(jiǎn)稱 AE)是一門新型檢測(cè)技術(shù)，它是目前發(fā)展最為迅速的檢測(cè)技術(shù)。它的基本原理和超聲波技術(shù)類似，利用超聲波的傳播特性在構(gòu)件損傷出的發(fā)出特性變化的原理進(jìn)行判別。通過構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力的不斷變化發(fā)出的應(yīng)力波，用接受裝置分析應(yīng)力波數(shù)據(jù)，時(shí)刻判斷構(gòu)件的損傷狀況。目前聲發(fā)技術(shù)已經(jīng)在國(guó)外許多國(guó)家得到實(shí)驗(yàn)包括美國(guó)，日本，法國(guó)等。

三、無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

基于目前的狀況，橋梁檢測(cè)技術(shù)發(fā)展非常的迅速先進(jìn)，雖然它們有許多優(yōu)點(diǎn)，檢測(cè)精度高，檢測(cè)效率快但是他們也有許多目前在橋梁檢測(cè)中的缺點(diǎn)。比如，X射線檢測(cè)本身就具有放射性，而且用于X射線檢測(cè)的物體也必須有嚴(yán)格的要求，他并不是對(duì)所有的混凝土都適合，只適合于特定厚度的混凝土。又比如紅外線檢測(cè)，檢測(cè)精度高但是成本也高等等問題。隨著科技的不斷進(jìn)步，并綜合目前檢測(cè)呈現(xiàn)的現(xiàn)狀。分析橋梁無損檢測(cè)的發(fā)展方向就是，建立一個(gè)完整的橋梁檢測(cè)系統(tǒng)。由美國(guó)聯(lián)邦發(fā)起的無損檢測(cè)技術(shù)有以下幾種：檢測(cè)與健康監(jiān)管系統(tǒng)，橋面板檢測(cè)系統(tǒng)，銹蝕測(cè)試與評(píng)判技術(shù)，疲勞裂縫測(cè)試與磁鐵判定方法。它們都是以熱成像，滲透雷達(dá)以及無線電，GPS等多個(gè)系統(tǒng)共同組成的一個(gè)整體來對(duì)橋構(gòu)件進(jìn)行系統(tǒng)自能化管理。

四、結(jié)論

橋梁無損檢測(cè)在評(píng)估橋梁健康狀況中起到至關(guān)重要的作用。社會(huì)的不斷發(fā)展對(duì)橋梁檢測(cè)提出了更高的要求，目前一些檢測(cè)技術(shù)仍處于不成熟，處于正在發(fā)展的階段，我們應(yīng)該加大力度對(duì)橋梁檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)，研發(fā)出受外界因素影響小，檢測(cè)成本低但檢測(cè)精度高的產(chǎn)品。我們更應(yīng)該著眼于未來，結(jié)合各個(gè)學(xué)科的知識(shí)，并著力于把各個(gè)單項(xiàng)的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，利用靈敏自動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量應(yīng)力狀況，通過無線數(shù)據(jù)傳輸，在到無線數(shù)據(jù)接受處理，判斷橋梁損傷部位，然后進(jìn)行橋梁安全等級(jí)評(píng)估，形成一整套的人工自能橋梁檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。進(jìn)而打造出高質(zhì)量的橋梁工程，造福于人類，促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定的發(fā)展。