橋梁吊索無損檢測技術方法的比較分析

楊久升 李鵬

摘要：隨著我國道路基層的深入發展，橋梁吊索作為橋梁重要構件對其外觀缺陷、工件特征以及技術質量的檢測很重要，因現場檢測條件限制以及橋梁的可持續使用，無損檢測技術也應運而生。本文著重針對應用在無損檢測技術中的無損檢測方法的分類以及優缺點進行比較分析。

關鍵詞：橋梁無損檢測；磁致伸縮法；磁通量法

纜索橋梁中拉（吊）索錨固系統是纜索橋梁的重要組成部分，橋梁上的活荷載與恒荷載就是通過錨固系統作為中介傳遞給拉索再傳遞給橋塔；所以纜索系統中的錨固系統關系到索橋的安全。橋梁纜索系統主要是由鋼材構成，而纜索系統中輕微的缺陷都會造成其磁效應的改變，通過采集纜索系統磁效應具體情況，就能夠很好的評判纜索系統的健康情況。

1 橋梁無損檢測技術與一般常用檢測方法

1.1橋梁無損檢測技術定義

無損檢測技術主要是指在保證工程結構以及質量安全的前提下，檢查工程的外觀缺陷、工件特征以及技術質量等的統稱。檢測是要保證原有性能基礎上，進行相關的測試，保證承載能力等，進而也對質量有控制。運用無損檢測技術檢測橋梁一個優勢就是在不會造成工程設計的任何干擾和影響的前提下，準確定位受損位置，前期優化設計必須考慮檢查死角的影響因素，調整對應的施工工藝，避免在后期檢測維修方面的不確定性，保證橋梁質量。

1.2橋梁一般檢查方法

常用一般檢測方法對橋梁進行詳細的表觀質量狀況檢查，既要達到反映橋梁實際表觀狀況、查清缺損和病害的目的，同時要按照現行《公路橋涵養護規范》（JTG H11-2004）和《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/TH21-2011）的要求，評定橋梁結構的技術狀況等級。

檢查方法：采用人工目力觀測，輔助裂縫測寬儀測定裂縫寬度，裂縫長度和位置采用5m鋼卷尺直接量測。對各關鍵截面裂縫或懷疑較深的裂縫需要測試其深度，可采用滲透半破損檢測方法測量其深度。

記錄方式：標注裂縫發生的部位、裂縫走向、寬度、分布狀況及長度等，并記錄典型裂縫寬度。

針對上述對比，一般常用方法無法對內部缺陷進行檢查，尤其針對拉吊索，不能確定缺陷的具體位置，具有一定的局限性。

2 橋梁拉吊索無損檢測方法及效果

2.1無損檢測方法分類以及優缺點比較分析

在橋梁有纜索無損檢測方法已有成果非常多。比較常用的無損檢測方法有：1.射線檢測、2.紅外檢測、3.超聲波檢測、4.渦流檢測、5.滲透檢測、6.磁粉檢測、7.聲發射檢測等方法[1]，針對纜索專業檢測方法包括：聲學監測法、磁致伸縮法、磁通量法、超聲法、振動法等[2]。振動頻率法已經有效的應用在索力檢測方面，對于纜索長短檢測的精確度也有不同，長索檢測準確率高。振動頻率法不足之處，無法對纜索中鋼絞線斷裂、應力以及疲勞引起的銹蝕這種內部性病害進行檢測；聲法檢測法原理是在波長的范圍值內發聲通過鋼絲的能量變化來表現鋼絲的健康狀況，鋼絲斷裂會產生能量的變化，但是需要打開檢查，在鋼絲束內部植入一定量的傳感器[3]，這就加重檢測過程中的工作量，同時打開檢查后，后期不能完全的恢復保護層，對日常纜索保護也有一定的要求；電渦流效應法簡稱電磁法，在石油管道、鋼絲繩方面的檢測，運用電磁法進行檢測，結合石油管道和鋼絲繩檢測條件不好，損傷定位、損傷量值的判斷是電磁法的一個優點，但其在用于直徑大于外部纜索的聚乙烯保護層的檢測和有金屬護套的保護這兩種情況的檢測時，磁化效果變差；對處于試驗階段的射線法可優點非常明顯可以明確的定位銹蝕的位置。以上是常用的各種無損檢測優缺點的一些比較分析，方法不同，達到的效果也不同，在實際使用過程中可以根據具體工程情況進行選擇。以下是纜索檢測具體方法的一些比較。

2.2磁通量法檢測

2.2.1測試原理

以廣州某橋為實例，2009年吊索檢測采用漏磁法開展索體的無損檢測工作。該橋是運用漏磁量的原理設計處LRM無損檢測系統，原理為運用檢測系統中的大橋上的繩索磁鐵產生靜磁場磁化，磁通量會產生通過鋼纜的磁回路，鋼纜有缺陷，磁通量通過時會產生部分分散，磁通量不能完全回路漏掉的這一部分被稱為磁漏通量。繩索的鐵磁體橫截面面積是常數并且其結構是一致的，那么繩索中的磁力線平行于繩索軸線。從磁極靴流出的磁通量是常數，它的數值由磁通路參數和繩索橫截面積決定。傳感器系統由感應和霍爾傳感器組成，放置在探測頭中，負責記錄并轉換這些信息。

2.2.2測試局限性

① 磁通量法檢測主要是檢測獲得吊索的截面損失情況，對吊索的整體銹蝕情況并不能準確判斷。

② 磁通量設備暫時無法檢測吊索兩端頭位置。

鑒于這種情況，根據往年定期檢測、特殊檢測已有數據分析結論，同時結合檢測的現場實際情況，通常采用部分有代表性吊索進行保護層打開，檢測吊索鋼絲表面狀況。

2.2.3檢測方法

① 根據確定打開位置準確定位，組織登高車到達打開部位。

② 邀請吊索保護層施工方專業人員進行打開。

③ 打開后第一時間拍照，判斷吊索內部鋼絲銹蝕狀況。

④ 使用游標卡尺，對打開后初始狀態吊索截面損失點位進行直徑測量。

⑤ 如鋼絲銹蝕情況嚴重，對銹蝕部位進行清潔，露出鋼絲表面。

⑥ 再次對截面損失點位進行直徑測量。

⑦ 恢復吊索保護層。

2.3磁致伸縮法檢測

2.3.1測試原理

磁致伸縮導波無損檢測技術比起其它的無損檢測技術，其擁有更多優點；例如：紅外、射線探傷有測量范圍有限的缺點，而磁致伸縮導波適用于長距離快速檢測； 磁致伸縮導波無損檢測不需要與被檢測物體進行相對運動，避免了環境條件對探頭的限制[1]。磁致伸縮導波檢測原理的基礎是磁致伸縮效應及其逆效應。應力波是由于磁致伸縮應變產生的外型變化進而引起的彈性波而與之相對的是，導波的反射是由于聲阻的變化引起的，在出現內部缺陷是導波會引起磁感應強度的不同變化，反過來講，磁感應強度的變化是內部是否存在缺陷的一個指標，有變化就是電壓產生的原因。

基于彈性波遇到缺陷被反射的特性，在磁化區域，根據磁致伸縮效應，由纜索軸向產生應變的彈性波遇到有缺陷的內部纜索，返回經過檢測線圈會產生一定量的磁通量變化，這就意味著線圈可以將磁通量的變化量變成信號，何為信號？即可以被分析代表著缺陷信息的波形的電信號。

2.3.2測試局限性

① 對吊索缺陷的位置無法準確判斷。

② 檢測精度相對磁通量法較低。

3 結論

對于無損檢測技術常用的各種無損檢測優缺點的一些比較分析，結果表明：檢測方法不同，達到的效果也不同，各有優缺點。并針對磁通量法和磁致伸縮法原理以及優缺點進行分析，磁通量法檢測能檢測獲得吊索的截面損失情況，但是對吊索的整體銹蝕情況以及纜索端部情況并不能準確判斷。磁致伸縮法對纜索的檢測具有檢測長度達，檢測儀器檢測范圍大，能夠對損傷進行準確定位，不需要打開保護層進行打開檢測，而磁通量法需要打開保護層內置傳感器，同時檢測精度大于磁致伸縮法，在實際使用過程中可以根據具體工程情況進行選擇。

參考文獻：

[1]高凱.磁致伸縮導波的橋梁拉索錨固系統無損檢測技術[D].重慶交通大學，2014.

[2]鐘恒.基于磁致伸縮導波的橋梁拉索錨固系統無損檢測試驗[D].重慶交通大學土木建筑學院，2013.

[3]李世卿，何君.橋梁拉吊索無損檢測與對策[J].北京新橋技術發展有限公司.2011，（10）： 198-199.

（作者單位：山東科技大學土木工程與建筑學院）

作者簡介： 楊久升（1992—），男，山東臨沂，山東科技大學在讀碩士，建筑與土木工程。