市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究

劉小衛(wèi)

（廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，廣西 南寧 530005）

0 引言

在城市化建設(shè)過程中，市政橋梁工程建設(shè)是必要建設(shè)工程。相比于傳統(tǒng)的橋梁工程建筑，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程具有重量更輕、實(shí)用性更強(qiáng)、裝配更加簡單的優(yōu)勢(shì)，在全國各地區(qū)市政橋梁工程建設(shè)中，有著極為廣泛性的應(yīng)用，并取得了良好的效果。隨著新型科技的創(chuàng)新和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程建設(shè)也實(shí)現(xiàn)全新發(fā)展。然而在鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程應(yīng)用中，同樣也存在各種安全和實(shí)用問題。加強(qiáng)對(duì)市政工程中鋼結(jié)構(gòu)橋梁的檢測(cè)工作，是十分必要和十分重要的。無損檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，極大提高了市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程檢測(cè)品質(zhì)和效益，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程建設(shè)存在問題，將鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程各種安全品質(zhì)隱患進(jìn)行提前處理。

1 市政工程中鋼結(jié)構(gòu)橋梁特征及優(yōu)勢(shì)

1.1 市政工程中鋼結(jié)構(gòu)橋梁基本特征

在日常市政橋梁工程建設(shè)施工中，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程施工是重要組成和內(nèi)容。與其他工程建設(shè)環(huán)節(jié)不同，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程施工，主要是利用各種鋼材為原材料，通過鋼材之間的組裝和連接，進(jìn)而搭建出安全性高、使用方便的橋梁工程結(jié)構(gòu)項(xiàng)目。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程施工中，最為突出的特點(diǎn)是，對(duì)鋼材、鋼件、連接件有著大量的需求[1]。但是與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程強(qiáng)度更高、性能更好且成本投資更低，而且橋梁工程建設(shè)施工進(jìn)度和效率更高。與此同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程施工建設(shè)具有極強(qiáng)的靈活性，無論高層重型市政橋梁工程、大跨度市政橋梁工程，還是輕鋼市政橋梁工程等，都可以實(shí)現(xiàn)更為廣泛性應(yīng)用。尤其在多元化橋梁工程空間打造方面，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程可以充分發(fā)揮出自身優(yōu)勢(shì)，大大提高鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程社會(huì)效益經(jīng)濟(jì)效益水平的發(fā)揮。鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)效果如圖1 所示。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)效果

1.2 市政工程中鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

近些年來，在城鎮(zhèn)化時(shí)代發(fā)展背景下，市政橋梁工程建設(shè)如火如荼進(jìn)行中。市政橋梁工程建設(shè)中的鋼結(jié)構(gòu)工程類型，在現(xiàn)代化市場(chǎng)發(fā)展中，應(yīng)用越來越廣泛普及。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土工程結(jié)構(gòu)相比，市政橋梁工程項(xiàng)目施工中，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用，具有明顯的優(yōu)勢(shì)和特色。①橋梁工程鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用性能極為優(yōu)越。鋼結(jié)構(gòu)是多元化元素的組合體，如錳、硅等元素，都是鋼結(jié)構(gòu)的重要組成。加之水泥、混凝土等材料配合，使得鋼結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出強(qiáng)度高、硬度大的特點(diǎn)。而且鋼結(jié)構(gòu)還具有承受能力強(qiáng)、容納能力高的特點(diǎn)[2]。甚至在抗震性方面，鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目同樣具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。市政橋梁工程建設(shè)過程中，可以根據(jù)橋梁工程建設(shè)需要，鍛制出具有特殊功能的鋼材，如專用鋼、不銹鋼、耐熱鋼等，可以很好的適用于各類工程建設(shè)中。②鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用可塑性較好。鋼材的塑性一般指應(yīng)力超過屈服點(diǎn)后，具有顯著的塑性變形而不斷裂的性質(zhì)。衡量鋼材型性變形能力的主要指標(biāo)，是伸長率和斷面收縮率。鋼結(jié)構(gòu)中具有一定的碳元素，因而提高了其韌性與可塑性，只要超過鋼材自身所能承受最大壓力，鋼結(jié)構(gòu)可以按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行造型上的改變。也正是因如此，使得市政橋梁工程施工中，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)優(yōu)勢(shì)得以充分的展現(xiàn)出來，大大提高了市政橋梁工程建設(shè)和應(yīng)用效益[3]。鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工如圖2所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工

2 現(xiàn)代化無損檢測(cè)技術(shù)概述及運(yùn)作原理

2.1 現(xiàn)代化無損檢測(cè)技術(shù)基本概述

無損檢測(cè)技術(shù)，字如其義，具體指的是，在對(duì)市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不會(huì)傷害到市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定。無損檢測(cè)技術(shù)其實(shí)在各行各業(yè)中，都有著極為廣泛性的應(yīng)用，尤其在建筑類和工程類行業(yè)中，無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛。無損檢測(cè)技術(shù)類型眾多，如超聲檢測(cè)技術(shù)、磁粉檢測(cè)技術(shù)、滲透檢測(cè)技術(shù)、射線檢測(cè)技術(shù)、超聲相控陣掃描檢測(cè)技術(shù)等，都有很好的檢測(cè)應(yīng)用效果。無損檢測(cè)技術(shù)可以充分利用光電燈介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程性能的參數(shù)分析，從而發(fā)現(xiàn)出市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程中，存在的質(zhì)量缺陷和問題故障。目前我國各地區(qū)的市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程，其連接方式往往以高強(qiáng)螺栓、鉚接、焊接等三種主要形式為主[4]。其中最為廣泛使用的連接方式是以焊接為首。市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程焊接部位，會(huì)由于焊接工藝的不同，而使得焊接位置出現(xiàn)薄弱質(zhì)量問題。通過無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程整體質(zhì)量檢測(cè)，將質(zhì)量缺陷和問題故障直接扼殺在搖籃里，避免給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展群眾安全帶來災(zāi)難。鋼結(jié)構(gòu)橋梁無損檢測(cè)作業(yè)如圖3 所示。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)橋梁無損檢測(cè)作業(yè)

2.2 無損檢測(cè)技術(shù)基本運(yùn)作原理

隨著技術(shù)的不斷迭代和更新，我國無損檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。尤其是隨著市政工程行業(yè)的發(fā)展，為規(guī)范無損檢測(cè)技術(shù)行為，保證無損檢測(cè)技術(shù)品質(zhì)，國家出臺(tái)了相關(guān)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范，為無損檢測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供制度和法律保障。無損檢測(cè)技術(shù)，主要是利用發(fā)射法、透射法，對(duì)市政工程進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)。相比于投射法，發(fā)射法的精準(zhǔn)度要高很多。無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)射法，主要利用脈沖回波的探傷原理，對(duì)市政工程進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)。無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)射法，主要運(yùn)行機(jī)制和過程如下：脈沖發(fā)射器對(duì)超聲波進(jìn)行脈沖釋放，超聲波中的短脈沖徑，可以直接將探頭送至試件中，在接觸到試件時(shí)，短脈沖徑會(huì)產(chǎn)生回波，如果試件本身存在問題或者缺陷，那么回波的波幅和傳輸速度，會(huì)有一定的變化幅度[5]。且此種變化幅度會(huì)直接在處理器DMS 的示波器上進(jìn)行顯示。例如，如果通過超聲波中的短脈沖徑傳輸與檢測(cè)，得到了試件內(nèi)聲速（V），那么在示波器上，則會(huì)直接顯示出脈沖傳播時(shí)間，進(jìn)而獲得缺陷深度（H）。通過類似數(shù)據(jù)信息獲得，使得技術(shù)人員可第一時(shí)間對(duì)市政工程的施工材料、施工品質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)監(jiān)控。射線檢測(cè)技術(shù)作業(yè)應(yīng)用如圖4 所示。

圖4 射線檢測(cè)技術(shù)作業(yè)應(yīng)用

3 市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程建設(shè)中，對(duì)于無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，并沒有通用的技術(shù)方法，而是要根據(jù)不同地區(qū)不同市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程項(xiàng)目需求，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁物理特性，進(jìn)行相應(yīng)無損檢測(cè)技術(shù)的篩選[6]。要因地制宜進(jìn)行技術(shù)方法選擇。在進(jìn)行實(shí)際的市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需要注意如下問題。

在提前做好無損檢測(cè)儀器設(shè)備參數(shù)設(shè)置基礎(chǔ)上，橋梁鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)人員，還要全面化和細(xì)致化確定好鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)內(nèi)容。尤其在是市政鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的核心部位，如對(duì)接焊縫、角接焊縫、異型焊縫等，都要進(jìn)行檢測(cè)內(nèi)容細(xì)化開展。

（1）橋梁鋼結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫檢測(cè)。對(duì)接焊縫缺陷檢測(cè)時(shí)，需要確認(rèn)焊接缺陷的模擬試塊，并對(duì)對(duì)接焊縫檢測(cè)中，所使用的檢測(cè)儀器設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。通過對(duì)平板焊接的檢測(cè)，得出檢測(cè)結(jié)果和檢測(cè)數(shù)據(jù)信息。橋梁鋼結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫試塊中，比較常見的缺陷問題，如裂縫、氣孔、夾渣、未焊透等。對(duì)于橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測(cè)，建議使用超聲檢測(cè)技術(shù)，可以比較精準(zhǔn)找出焊接缺陷的位置、長度、深度和高度，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)平板焊接缺陷和問題的精準(zhǔn)化檢測(cè)[7]。

（2）橋梁鋼結(jié)構(gòu)角接焊縫檢測(cè)。在市政工程橋梁鋼結(jié)構(gòu)角接焊縫檢測(cè)作業(yè)時(shí)，檢測(cè)情況相對(duì)要復(fù)雜，一般是分為Y 型角接焊縫和T 型焊縫兩種情況。角焊縫一般用磁粉或者滲透探傷檢測(cè)。對(duì)接焊縫是超聲波和射線探傷。可以得到在Y 型角接焊縫和T 型接焊縫兩種焊接形式中，缺陷高度、長度、寬度、深度檢測(cè)信息[8]。

4 現(xiàn)階段無損檢測(cè)技術(shù)常用方法

現(xiàn)階段無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中，常用的方法主要有兩種，一種是液體浸潤方法，另一種是直接接觸方法。

（1）液體浸潤方法。液體浸潤方法相比于直接接觸方法較為復(fù)雜，液體浸潤方法的基本運(yùn)作原理，主要利用探頭發(fā)射的超聲波，輻射對(duì)應(yīng)厚度的耦合液面，使得交界處發(fā)出聲波反射，從而得到檢測(cè)結(jié)果的技術(shù)手段。液體浸潤方法的主要核心要素是耦合液，聲波可以在耦合液防護(hù)作用下，使得大多數(shù)的聲波，可以直接進(jìn)入市政工程施工內(nèi)部中，在最大程度上預(yù)防聲波浪費(fèi)的情況發(fā)生。如果市政工程內(nèi)部出現(xiàn)缺陷和問題，則缺陷處會(huì)出現(xiàn)聲波反射現(xiàn)象。液體浸潤方法使用中，探頭并不會(huì)直接進(jìn)入市政工程施工內(nèi)部中，可以保證聲波的發(fā)送和接受，具備一定的穩(wěn)定性，從而使得液體浸潤方法檢測(cè)效率大大的提升[9]。

（2）直接接觸方法。直接接觸方法是無損檢測(cè)技術(shù)中，最為常用最為普遍且應(yīng)用范圍最廣的方法。直接接觸方法主要是對(duì)市政工程的基礎(chǔ)性問題進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)形式。直接接觸方法的運(yùn)作原理，是建立在耦合的基礎(chǔ)上，利用超聲波的探頭，對(duì)市政工程施工表面進(jìn)行接觸，從而使得超聲波輻射到不同介質(zhì)上，或者同一介質(zhì)的不同位置上，然后按照反饋回來的波形，對(duì)市政工程部位介質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。直接接觸方法為了保證超聲波有效發(fā)射和接收要求，技術(shù)人員可以在正式的檢測(cè)前，對(duì)實(shí)施檢測(cè)對(duì)象里的空氣進(jìn)行排除。一般來講，檢測(cè)單位會(huì)在探頭和檢測(cè)對(duì)象之間，涂抹一層耦合劑，使得空氣可以得到有效的排除，進(jìn)而使得直接接觸方法的檢查障礙得以清除，使得最終的檢測(cè)精準(zhǔn)度更高。另外，正式實(shí)行直接接觸方法時(shí)，檢測(cè)單位還要對(duì)施工和檢測(cè)對(duì)象的表面加以檢查，保證檢測(cè)對(duì)象表面的平滑度，要基本符合耦合劑的相關(guān)要求。如果檢測(cè)對(duì)象表面平滑度達(dá)不到指標(biāo)要求，則需要利用相關(guān)手段和方法，對(duì)其表面進(jìn)行打磨和清理，從而使得直接接觸方法檢測(cè)精準(zhǔn)度更高[10]。需要注意的是，直接接觸方法中，對(duì)于耦合劑的應(yīng)用，其目的是為保持超聲波的傳遞性能。在耦合劑使用時(shí)，檢測(cè)單位也要考慮耦合劑阻抗高聲性能，阻抗高聲性能越強(qiáng)，則在直接接觸方法應(yīng)用時(shí)檢測(cè)精度會(huì)更高。

5 結(jié)語

綜上所述，在市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁無損檢測(cè)中，無損檢測(cè)技術(shù)類型眾多。在實(shí)際的無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，要根據(jù)不同市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程需求，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁物理特性，來因地制宜進(jìn)行相應(yīng)無損檢測(cè)技術(shù)選擇。市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁無損檢測(cè)工作中，并沒有什么通用的技術(shù)形式。不同類型的無損檢測(cè)技術(shù)，其缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)都是極為明顯的。今后在進(jìn)行市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁無損檢測(cè)時(shí)，要做好無損檢測(cè)技術(shù)選擇和應(yīng)用，針對(duì)不同鋼結(jié)構(gòu)部位損傷情況，得出最好的鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測(cè)結(jié)果。