橋梁無損檢測技術(shù)綜述

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

一、引言

橋梁工程作為國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，在我國從上世紀(jì)80年代開始取得了長足的發(fā)展和進步。作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的有一部分，橋梁在我國道路交通的發(fā)展中，占據(jù)了不可替代的重要位置，為我國經(jīng)濟的發(fā)展做出了巨大的貢獻。在新形勢下，隨著科技的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，城市人口急劇膨脹的同時，對于快速、方便的城市間以及城市內(nèi)的道路交通網(wǎng)絡(luò)提出了越來越高的要求，而我國雖然幅員遼闊，地域?qū)拸V，但是可利用的耕地卻是不足十分之一。在這種背景下，對于橋梁的無損檢測技術(shù)就提出了越來越高的要求。

混凝土無損檢測技術(shù)的發(fā)展為橋梁檢測技術(shù)的發(fā)展提供了可靠的理論支撐。無損檢測技術(shù)是指在不影響橋梁材料和結(jié)構(gòu)性能的前提下,通過測定橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部特征的變化來判斷橋梁材料性能和結(jié)構(gòu)強度來判斷工作狀況的檢測方法[1]。

二、橋梁無損檢測技術(shù)的發(fā)展

橋梁無損檢測技術(shù)，通常是指在不影響橋梁結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件性能的前提條件下，通過測定橋梁工程的某些物理量，以此判斷其結(jié)構(gòu)和構(gòu)件性能的檢測方法[2]。橋梁無損檢測技術(shù)是和混凝土無損檢測技術(shù)密不可分的。

超聲波儀器和回彈儀是由我國在1950年開始，從瑞士、英國等歐洲國家引進而來的，通過對國內(nèi)一些工程實際的結(jié)合，做了一定的研究工作；到了1960以后，各種不同型號的超聲波測定儀器由我國工程技術(shù)人員研制出來，并在實際工程實踐中做了廣泛的應(yīng)用[3]；我國的無損檢測技術(shù)是在1980年以后才有了相對成熟的發(fā)展，相應(yīng)的一些研究成果不斷公之于世，在超聲波法和回彈法這些較早的檢測技術(shù)外，1990年以后，雷達探測理論、CT紅外成像檢測理論和沖擊回波檢測方法相應(yīng)取得了一定的進展并在各國廣泛應(yīng)用于實際工程檢測中。

三、無損檢測常用方法

(一)回彈法。回彈法是通過測定混凝土表面硬度，從而推定混凝土強度的一種測定方法。帶有彈簧的回彈錘敲擊橋梁結(jié)構(gòu)物的表面后，會有一個相應(yīng)的回彈距離，回彈值就是通過測定回彈錘的回彈距離，結(jié)合相應(yīng)的經(jīng)驗公式而計算出來的。回彈值的大小與回彈錘的回彈能量有關(guān)，雖然這種關(guān)系沒有一個確定的數(shù)學(xué)關(guān)系，但是通過一些經(jīng)驗公式是可以推導(dǎo)出橋梁混凝土構(gòu)件的內(nèi)部強度的[4]。

(二)沖擊回波法。沖擊回波法是美國康奈爾大學(xué)和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院在1985年左右第一次提出，其主要目的是通過無損評價的方法確定砌體結(jié)構(gòu)的強度，這種技術(shù)在后來被認定為一種全新的技術(shù)方法[5]。這種方法在基樁的缺陷檢測中得到了較好的應(yīng)用。

(三)超聲波法。超聲波作為一種機械波，遵從機械波的一般物理性質(zhì)，通過超聲儀激發(fā)超聲波傳人混凝土介質(zhì)中，接收探頭接收通過混凝土傳來的超聲波信號，進而可以測出超聲波在傳播過程中所需時間和經(jīng)歷的距離，進而可以推導(dǎo)出超聲波的傳播速度在混凝土中的大小[6]。混凝土構(gòu)件的密實度直接影響超聲波在其中的傳播速度，現(xiàn)有理論已經(jīng)證明混凝土構(gòu)件的密實度和其強度有一定的關(guān)系。

在工程實踐中，超聲波法的影響因子比較復(fù)雜，需要修正這些影響因子才能得到較好的測量結(jié)果，所以超聲波法能否廣泛應(yīng)用到工程中，需要研究人員對影響測量結(jié)果的各種因子進行大量的研究，通過數(shù)據(jù)的修正，使得超聲法的應(yīng)用更為完善。

(四)超聲回彈綜合法。超聲回彈綜合法是同時利用超聲儀和回彈儀，通過在同一測點進行測量，得到超聲波在該處混凝土構(gòu)件的傳播時間和此處回彈錘的回彈距離，利用已建立好的測量混凝土強度的關(guān)系曲線來得到該處混凝土的強度[7]。

(五)鉆芯法。鉆芯法是指通過電鉆機械深入混凝土內(nèi)部得到檢測試樣，通過對試樣的檢測獲得對混凝土整個結(jié)構(gòu)強度的和內(nèi)部缺陷的評價結(jié)果[8]。

這種檢測方式能夠直接地反應(yīng)混凝土內(nèi)部的強度，所以相比較其他方法，這種檢測方法的可靠性和準(zhǔn)確性更加值得信賴。采取這種方法要在取樣上更加具有代表性，盡量避免多次采樣。

(六)拔出法。拔出法是指在工程建設(shè)期就在混凝土構(gòu)件中預(yù)埋錨固件，通過可以測量拔出力的儀器將錨固件拔出，拔出力與混凝土強度之間的關(guān)系可以先通過實驗確定，然后通過測出的拔出力大小來判斷混凝土的強度，這種檢測方法雖然沒有鉆芯法對混凝土構(gòu)件的損害大，但也會造成輕微的結(jié)構(gòu)傷害[9]。

拔出法可以分為兩種，一種是預(yù)埋置法，另一種是后裝配法[10]。預(yù)埋置法需要在混凝土硬化前就做好實驗計劃，所以應(yīng)用受到限制。但后裝配法就不用考慮以上問題，只要在裝配的時候不要觸碰到鋼筋，無論新舊混凝土構(gòu)件都可使用這種方法對結(jié)構(gòu)物進行檢測[11]。

四、橋梁無損檢測技術(shù)應(yīng)用前景

一帶一路的逐步推進對于各國的基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展都是一次千載難逢的好機會，在新形勢下，工程界特別是橋梁工程對于新結(jié)構(gòu)、新材料提出了越來越高的要求，同時對于事關(guān)工程建設(shè)質(zhì)量控制的無損檢測技術(shù)，社會也給予較高關(guān)注和期望。工程界對于計算機的計算能力和軟件應(yīng)用的模擬能力也提出了越來越高的要求。大型有限元軟件的發(fā)展對于模擬混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)損傷機理越來越精確，以及GIS、GPS等技術(shù)的發(fā)展，對于橋梁安全檢測的發(fā)展起到了很大的促進作用，其檢測結(jié)果可視化、動態(tài)化呈現(xiàn)出來是將來無損檢測技術(shù)的主要發(fā)展方向。電子技術(shù)的發(fā)展促進了檢測設(shè)備的測量精度的提高，檢測設(shè)備的智能化水平越來越高，能夠進行大量數(shù)據(jù)信息的快速處理和分析，測量精度和水平會有一個較大的提高。