橋梁結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)分析

摘 要:對當(dāng)前國內(nèi)外橋梁結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)進行了述評，介紹了表觀檢測技術(shù)、計算機透析成像技術(shù)、光探測技術(shù)、聲探測技術(shù)的原理，并分析了各自的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞:橋梁結(jié)構(gòu)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(shù)

通過檢測人員的觀察，對結(jié)構(gòu)的外在形態(tài)進行調(diào)查，包括對橋梁整體與局部構(gòu)造幾何尺寸的量測、結(jié)構(gòu)病害的檢查與量測等。表觀檢測要達到定量反映橋梁結(jié)構(gòu)狀況，就得依據(jù)相關(guān)規(guī)范評定橋梁技術(shù)等級的要求。結(jié)構(gòu)資料的調(diào)查包括了解橋梁的原結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝及過程以及橋梁的結(jié)構(gòu)維修養(yǎng)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(guān)檢測，包括混凝土的強度等級、碳化深度、與耐久性有關(guān)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(yōu)點:表觀檢測是橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷中最常用的方法;其最主要的優(yōu)點為，直觀明了，可及性強，并且經(jīng)濟實用。缺點:主觀性強;費時;僅適合定性評價;效率低;內(nèi)部損傷難以察覺。

2 計算機透析成像技術(shù)

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(zhuǎn)掃描，收集X射線經(jīng)某層面不同物質(zhì)衰減后的信息，進行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由計算機對CT探測空間范圍內(nèi)與某點相關(guān)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(shù)直接關(guān)聯(lián)的CT數(shù)，從而形成一幅物體斷層的數(shù)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(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔洞、裂紋和其它缺陷。優(yōu)點:成果直觀;實施簡便;分辨率高;經(jīng)濟;穿透深度大。缺點:作業(yè)成本較高;實現(xiàn)高信噪比的觀測，具有一定的技術(shù)難度;射線防護困難。

3 光探測技術(shù)

3.1 紅外熱像儀檢測技術(shù)

“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(shù)是依據(jù)物體的紅外輻射、表面溫度、材料特性三者間的內(nèi)在關(guān)系，借助紅外熱像儀把來自目標的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D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(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的目的。

優(yōu)點:紅外熱像儀檢測技術(shù)可以非接觸的測量，具有快速，高穩(wěn)定性，設(shè)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(dāng)多的，尤其天氣的變化是一個很重要的原因，相關(guān)的改善措施還在摸索階段。

3.2 光纖傳感器檢測技術(shù)

光纖傳感技術(shù)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(zhuǎn)換成可以直接測量的光信號的技術(shù)。從20世紀70年代中期至今，光纖傳感技術(shù)經(jīng)過30多年的飛速發(fā)展已經(jīng)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(yè)等各種領(lǐng)域。優(yōu)點:由于光纖傳感器是以光信號為變換和傳輸?shù)妮d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(yōu)點:抗電磁干擾;具有極高的靈敏度和分辨率;便于成網(wǎng)，有利于與現(xiàn)有光通信技術(shù)組成遙測網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)絡(luò);成本低;光纖是由石英玻璃制成的，是一種介質(zhì)、絕緣體，且耐高壓、耐腐蝕，能在易燃易爆的環(huán)境下可靠運行;光纖為無源器件，對被測對象不產(chǎn)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(fù)使用，并且長期應(yīng)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(shù)在我國的橋梁檢測中還難以推廣。

4 聲探測技術(shù)

聲探測技術(shù)主要包括超聲波探測技術(shù)、聲發(fā)射檢測技術(shù)和沖擊—回聲檢測技術(shù)。聲探測技術(shù)是目前發(fā)展最迅速的無損檢測。

4.1 超聲波探測技術(shù)

超聲波探測技術(shù)利用聲脈沖在缺陷處發(fā)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(xù)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(fā)生的時間和超聲波在材料中的傳播速度聯(lián)系起來，則可以獲知損傷的位置。

主要優(yōu)缺點:(a)對結(jié)構(gòu)混凝土本身材料組織構(gòu)造和使用性能沒有損害，可以直接對混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件進行強度的測定，運用預(yù)先建立的率定關(guān)系值，就能比較真實地反映結(jié)構(gòu)混凝土各部位的實際強度;(b)應(yīng)用超聲波檢測能全面地反映混凝土結(jié)構(gòu)整體的強度和結(jié)構(gòu)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(yīng)用提供了豐富的信息;(d)重復(fù)或復(fù)核檢測方便，重復(fù)性良好;(e)適應(yīng)性強、檢測靈敏度高、對人體無害、設(shè)備輕巧、成本低廉，可及時得到探傷結(jié)果，適合在實驗室及野外等各種環(huán)境下工作，并能對正在運行的裝置和設(shè)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(shù)進行檢測的分辨率高，合理布置測線密度和反演網(wǎng)格單元就可以保證在測試區(qū)域內(nèi)有足夠的分辨率。

4.2 聲發(fā)射檢測技術(shù)

大多數(shù)結(jié)構(gòu)材料在受力后出現(xiàn)如塑性變形、裂紋開裂、裂紋開展等微結(jié)構(gòu)損傷時，就以聲波的形式釋放能量。它的優(yōu)點是可以對處于荷載作用狀態(tài)下的橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)變化進行穩(wěn)定的監(jiān)視，并給出早期報警。

主要優(yōu)點:(a)適用于實時動態(tài)監(jiān)控檢測，且只顯示和記錄擴展的缺陷，與缺陷尺寸無關(guān);(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(yōu)越性更明顯;(d)能進行不同工藝過程和材料性能及狀態(tài)變化過程的檢測;(e)AET技術(shù)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(shù)則無關(guān)緊要，因此AET技術(shù)的使用范圍較寬;(f)使用AET技術(shù)比較簡單，現(xiàn)場聲發(fā)射檢測監(jiān)控與試驗同步進行，不會因使用了聲發(fā)射檢測技術(shù)而延長試驗工期，檢測費用也較低，特別是大型構(gòu)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(jié)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(fā)射源的部位、活度和強度，不能給出聲發(fā)射源缺陷的性質(zhì)和大小，對超聲發(fā)射源，需要使用其他常規(guī)無損檢測方法進行局部復(fù)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(shù)

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

優(yōu)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(nèi)部缺陷的位置及其延伸。該方法成功用于質(zhì)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(jié)果需要對復(fù)雜聲學(xué)知識有所了解，從而限制了該方法的廣泛應(yīng)用，特別是自動化檢測設(shè)備的發(fā)展。