常規橋梁結構無損檢測技術對比分析

摘 要:對當前國內外橋梁結構無損檢測技術進行了合理的分類，介紹了電磁波檢測技術、GPS橋梁三維位移檢測技術、機敏混凝土測試方法、電化學測試法、動力測試法及表觀檢測技術等，并對各種檢測技術的原理、優缺點進行了分類述評。

關鍵詞:橋梁結構無損檢測技術對比

中圖分類號:U416文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0076-01

1 電磁波檢測技術

電磁探測技術主要包括探地雷達技術和渦流檢測技術。

(1)探地雷達技術.利用高頻電磁波，以脈沖形式通過發射天線被定向地送入地下，雷達波在地下介質中傳播過程中，當遇到存在電性差異的地下目標體(如空洞，或鋼筋)時，電磁波便發生反射，返回到地面時由接收天線所接收。在對接收天線接收到的雷達波進行處理和分析的基礎上，根據接收到的雷達波波形、強度、雙程走時等參數便可推斷地下目標體的空間位置、結構、電性及幾何形態，從而達到對地下隱蔽目標物的探測。

特點:能精確測定缺陷區的形狀、大小和深度;節省勞力、操作方便、速度快;能在大范圍內進行檢測;不受周圍環境影響。

(2)渦流檢測技術.渦流檢測技術的基本原理為電磁感應，主要應用于檢測表面損傷。當檢測線圈與導電材料的構件表面靠近，并通以交流電時，所產生的交變磁場將在構件表層產生感應電流，呈環形渦流狀。電渦流的大小與分布受構件材料介質和表層缺陷的影響，根據所測電渦流的變化量，就可以判定材料表層的缺陷情況。

特點:渦流法對被檢結構表面及近表面缺陷檢測靈敏度高，具有快速、方便、無污染、成本低，在表面涂層、潮濕和水底等惡劣環境下也能開展檢測工作，便于現場檢測等優點。

2 GPS橋梁三維位移檢測技術

GPS橋梁三維位移檢測技術是利用接收導航衛星載波相位差分實時測定站點三維坐標的測量技術。其檢測方法首先是在橋梁上均勻布置監測站點，然后在管理中心設置GPS基準站，并組建監控中心計算機系統。檢測過程是:設置在管理中心的基準站根據接收的衛星信號，實時向各監測站發出分解算出的差分數據，供各監測站系統計算各自的坐標，各監測站計算出各自的坐標數據，并把測量數據傳輸到控制中心計算機系統，由計算機系統分析、計算。為了設置各監測站的狀態，控制中心計算機系統還可以直接控制各監測站操作。

特點:GPS橋梁三維位移檢測系統能24 h連續、實時自動地工作，監控橋梁在風荷載、溫度變化、地震及車輛行駛作用下的位移狀況，具有實時性高、采樣數據量較大的特點，是較先進的橋梁工程無損檢測技術。但目前GPS技術的位移量測精度仍然不夠理想，特別是在海洋環境下精度會進一步下降，其動態測試的響應頻率也有待提高。另外，設備的費用昂貴，測點不可能布置太多。

3 機敏混凝土測試方法

重大工程結構體積大、跨度長、使用期限長，傳統的傳感元件和設備組成的監測系統，性能、穩定性和耐久性，都不能很好地滿足工程實際的需要。近年來研究和發展起來了諸如光纖、壓電、碳纖維材料、納米材料以及疲勞壽命絲箔等高性能、大規模分布式智能傳感元件以及具有自感知、自增強和自修復特性的智能材料。機敏混凝土的壓敏特性是指機敏混凝土電阻隨壓應變或壓應力變化而變化的特性，通過測量機敏混凝土的電阻變化，就可預測混凝土的應變或應力。利用機敏混凝土的壓敏特性，可以發展機敏混凝土應力-應變傳感器。機敏混凝土具有較高的強度和較大的變形能力，因此，機敏混凝土既可以作為傳感器埋在混凝土橋梁和隧道結構中，監測結構的受力狀態，也可以作為結構材料制作橋梁和隧道的結構構件。

特點:機敏混凝土具有自感知、自適應以及自修復等3個特性，不過目前橋梁工程中智能混凝土的實際研究還主要以自感知以及自適應的為主，對于結構的修復特點將是以后研究工作的重點和難點。

4 電化學測試法

電化學方法的測試原理是通過測定鋼筋混凝土腐蝕體系的電化學特性，來確定混凝土中鋼筋銹蝕程度或速度。混凝土中鋼筋銹蝕是一個電化學過程，電化學測量是反映其本質過程的有力手段。

特點:與分析法或物理方法相比，電化學方法還有測試速度快、靈敏度高、可連續跟蹤和原位測量等優點，因此電化學方法得到了很大的重視和發展。目前在實驗室已成功用于檢測混凝土中鋼筋的腐蝕狀態和瞬時腐蝕速度，并已嘗試用于現場檢測。

半電池電位法是鋼筋銹蝕檢測的3種電化學方法中既簡單、經濟、易行，又研究最早、應用最廣泛的一種鋼筋銹蝕檢測方法。其基本原理是:鋼筋銹蝕時，在鋼筋混凝土表面形成陽極區和陰極區，在這些具有不同電位的區域之間，混凝土內部將產生電流。鋼筋和混凝土的電化學活性可以看作是半個弱電池組，鋼筋的作用是一個電極，而混凝土是電解質。

在半電池電位法測量中，要嚴格遵守操作規程，因為環境相對濕度、水泥品種、水灰比、保護層厚度、碳化深度等因素，都會對測量結果產生影響。所以該方法較多地應用于鋼筋銹蝕度的定性測量，還無法定量監測混凝土中鋼筋的銹蝕率。鋼筋的檢測是一種綜合評定的方法。為了進一步了解鋼筋銹蝕對結構耐久性的影響以及更有效地提供保護措施，通常有必要通過其它試驗來進一步分析鋼筋銹蝕的成因，鋼筋銹蝕的速率等，這些試驗方法包括測量混凝土的電阻率、pH值和碳化深度，測量鋼筋保護層的厚度等多種參數，對結構所處的大氣、雨水、海水成分等環境相結合進行評估，這部分工作可定期通過養護檢查來解決。

特點:由于橋梁中對于鋼筋腐蝕的資料沒有很好的綜合總結，而且各地的氣候差異較大，導致目前國內的評判標準難以確定，目前交通部《公路橋梁承載能力檢測評定規程》對此進行了相應的規定，不過由于上述原因，該方面的工作還有待進一步深入開展。

國內科研單位和公司有不少產品，例如SW-3C鋼筋銹蝕檢測儀、PS-6型鋼筋銹蝕測量儀等諸多品牌的半電池電位計設備。

5 動力測試法

動力測試法就是通過測量橋梁的振動信號，提取與橋梁特性有關的特征參數，利用其對橋梁的整體和部分結構進行評估，得到橋梁的實際工作狀態的方法。

特點:動力測試方法具有簡便、快速、無損、測試數據的獲取條件與工作條件相近等優點。主要缺點是結構動力參數直接用于橋梁承載力定量鑒定還不太成熟，研究成果多集中于室內模型試驗或理論分析，距實用還有一段距離。

6 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。表觀檢測的項目和要求，對不同的橋型有不同的側重點。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。

除此之外，常規方法還有計算機透析成像技術、光探測技術、聲探測技術等，可參看相關文獻。