分析公路橋梁鋼結構無損檢測技術應用

樊裕林

中鐵九局集團工程檢測試驗有限公司 遼寧沈陽 110025

1 鋼結構橋的常見缺陷及現行檢測方法

鋼結構橋梁病害多為荷載反復作用下導致的疲勞裂紋。所有的鋼結構橋在焊縫處都會有些缺陷和瑕疵，在橋梁服役承受荷載時，這些缺陷往往會導致裂紋的產生。裂紋病害大體分為2類：①主要構件連接部位在主應力循環作用下引發的疲勞裂紋；②構造細節在缺陷處因受到外荷載或振動引發面外變形而導致的裂紋。在鋼結構橋梁中，無論是正交異性鋼橋面板，還是鋼桁架橋梁或是其他形式的鋼結構橋梁構造，裂紋控制和檢測都是一個無法回避的重點難題。因此在建成的鋼結構橋梁中，亟需對裂紋進行檢測以便定制出科學合理的維修方案。目前，我國的鋼結構橋仍沒有自己的無損檢測規范。借鑒鍋爐壓力容器的標準，適用性仍需探討。鋼橋面板裂紋的現場檢測多采用目視檢測、磁粉檢測、滲透檢測，但這些方法僅能夠測量淺層裂紋，有明顯的局限性。常用的無損檢測方法有超聲波探傷法、射線照相法、渦流檢測法等，可在一定程度上實現鋼橋內部缺陷的檢測。近年來有一些新的無損檢測技術得到長足的發展和應用，如聲發射探傷法。

2 公路橋梁鋼結構無損檢測技術應用

2.1 超聲波檢測

超聲波檢測一般用于焊縫、型材、鍛件和鑄件，不適用于在形狀方面過于奇怪復雜和表面較粗糙的工件。在應用超聲波檢測時，我們主要注意的是焊縫中是否有裂縫和氣孔夾渣等缺陷。另外也會觀察焊縫中是否存在著未焊透、未融合類似的情況。

2.2 X射線檢測

X射線檢測一般用于焊縫、鑄件，它不適用于型材和鍛件。我們應用X射線時候，檢測缺陷主要包括未焊透情況和氣孔夾渣等。在射線檢測中，根據射線的放射源不同，檢測儀器能夠檢測的深度也不同，利用X射線進行探測可以確定缺陷的位置，大小尺寸以及種類。

2.3 鋼結構焊縫射線無損檢測法

射線無損檢測技術借助射線發射儀器或者放射性同位素作為射線發出源，在射線接觸到待檢測焊縫時，射線將出現不同程度的衰減，由于待檢測焊縫及母材存在厚度差，射線采集膠片上記錄了不同的射線強度值，射線強度以不同數量的光子表現，將膠片拿到暗室內處理后，根據膠片上不同暗度的影像情況，對焊縫缺陷做出定性判定。同其他焊縫檢測技術相比，射線檢測結果識別精度及效率最高，可以及時輸出缺陷圖像信息； 可以將不同位置的焊縫射線檢測結果保留在膠片上，便于檢測數據的長期保存。但是，射線檢測在具體的焊縫檢測中也存在一些缺陷，首先，射線檢測技術的成本較高，必須借助高頻率射線發射儀，且還必須提供膠片等耗材； 此外，射線焊縫檢測在平板對接焊縫的檢測中精度較低，若射線投射放線與焊縫缺陷相互垂直時，將無法檢測；最后，使用射線檢測存在較高的安全隱患，一旦控制不當，將對檢測人員造成損害，檢測長期置身在射線污染環境中，很容易誘發癌變。

2.4 渦流檢測

渦流檢測與射線、超聲、磁粉、滲透一起構成了無損檢測的五種常用方法。其基本原理是基于電磁感應現象的。適用于導電材料，故該方法可用于鋼橋的檢測。當導體（被測結構）處在變化的磁場或者相對于磁場有相對運動時，導體中有感應電流產生。當結構內部有缺陷（裂紋、氣泡、夾渣等）會影響導體的渦流的變化。所以渦流的大小、分布形態、磁導率等物理量都與包含了材料的許多重要的信息。渦流檢測的優點：①特別適用于薄、細導電材料。對于粗厚材料只能用于表面和近表面的檢測（原因主要在于交變電流通過導體的“集膚效應”）；②不需要耦合劑可非接觸檢測，易實現自動化；③檢測速度快；④可用于高溫檢測；⑤可用于小零件和截面形狀復雜的異性材料的檢測。渦流檢測的局限：①渦流檢測的對象必須是導電材料，且只適用于表面缺陷的檢測，不適用于金屬深層缺陷的檢測；②激勵頻率高時金屬表面渦流密度大，激勵頻率低則渦流深度增加，單表面渦流密度下降，故探傷深度與表面傷檢測靈敏度相互矛盾；③穿過式線圈檢測時，所獲得的信息是被檢構件一段長度上的各種影響因素的累積效果，而無法測得損傷具體位置；④至今仍無法實現定量檢測。

3 結語

隨著鋼結構橋在我國的廣泛應用，無損檢測在鋼結構橋梁中有著很大的應用前景。本文介紹了超聲檢測、射線檢測和渦流檢測三種常用對鋼結構橋梁缺陷進行檢測的方法，這些方法可對缺陷性質做出比磁粉檢測、滲透檢測更為精準的檢測，各有優缺點。聲發射作為新興技術，有著上述方法都不具有的實時監測、受結構幾何形狀影響較小的優點。本文總結了近年來聲發射技術的在裂紋定位與疲勞壽命預測的研究與進展，雖然聲發射技術經常被應用于航天、壓力容器領域中，但在鋼結構橋梁中的應用及其規范標準的建立則有待進一步的發展。