淺析橋梁結構無損檢測技術
2015-09-22
橋梁結構的安全檢測是保證橋梁安全施工和運營的重要手段,近年來,隨著大型橋梁建設的飛速發(fā)展,以及世界范圍內(nèi)橋梁結構損傷、老化及病害事故的不斷增多,以及混凝土無損檢測技術的不斷提高,橋梁結構的無損檢測技術越來越多的得到廣泛的應用,它對確保橋梁施工和運營的安全,延長橋梁使用壽命,有效的利用和維護資源起到十分重要的作用。
1 無損檢測技術的形成和發(fā)展
無損檢測技術是材料學、應用物理學、現(xiàn)代電子技術和計算機技術相結合產(chǎn)物。橋梁工程中無損檢測技術的形成和發(fā)展與混凝土無損檢測技術的發(fā)展密切相關。1830年以來,人們就開始探索混凝土無損檢測技術,并獲得迅速發(fā)展。1935年格里姆、艾德用共振法測量混凝土的彈性模量；1949年加拿大的萊斯利和奇斯曼、英國的瓊斯等運用超聲脈沖法獲得成功, 1963年羅馬尼亞的費格瓦洛提出超聲回彈綜合法。這些研究為混凝土無損檢測技術奠定了基礎。1980年以來,隨著相關科學技術的日益發(fā)展,無損檢測技術又有取得了重大突破,出現(xiàn)了許多新的測試方法,無損檢測技術日臻成熟,英美等國開展了無損檢測技術的標準化工作,頒布了BSI(英國)和ASTM(美國)等標準,對無損檢測技術的工程應用起到了良好的促進和推動作用。1990年以來，隨著現(xiàn)代傳感與通信技術的發(fā)展,無損檢測技術更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢態(tài),先后涌現(xiàn)出一大批新的檢測方法和檢測手段。
2 無損檢測技術的特點和應用
橋梁的無損檢測技術主要是在不損傷橋梁整體結構和構件性能的前提下，直接在橋梁的構件上進行某種特定的檢測，用來評定橋梁的整體結構或者某些構件是否發(fā)生變化，進而推斷出橋梁的內(nèi)部缺陷和耐久性能等性能現(xiàn)狀，并對橋梁的適用性、安全性和可靠性進行科學的評價。技術不破壞被檢測橋梁的結構，不影響其使用性能，而且方法非常簡捷；無損檢測在進行檢測時，檢測工具可直接作用在構件表面或者內(nèi)部，無損檢測既可對新建橋梁進行檢測，也可以對既有橋梁進行檢測；無損檢測方便、快捷；無損檢測對橋梁結構的混凝土構件不具有破壞性，也可以獲得破壞檢測所不能獲得的檢測效果。同時，無損檢測可在同一構件上進行反復和連續(xù)的檢測，從而使檢測結果具有一定的可比性。
無損檢測技術在橋梁檢測中的應用十分廣泛,總體上可以概括為基于整體的結構狀況識別和基于局部的構件損傷識別。識別橋梁的損傷,我們應該關注的是對結構功能產(chǎn)生嚴重影響的那些損傷,因此，將橋梁的損傷歸結為材料損傷和結構受力損傷兩大主要的損傷。由于公路橋梁無損檢測技術比較新，所以我們必須在其應用加以不斷開拓，并努力解決好目前無損檢測技術所存在的問題。我們應該努力達到以下幾個橋梁無損檢測技術的應用目標：
(1)運用全球定位系統(tǒng)來更加精確的測量橋梁結構的變形，同時應用TRIP傳感器來實時監(jiān)測車輛超載的問題。
(2)在橋梁結構的評估上，應用強迫振動響應法來進行具體研究，并采用激光振動計來完成斜拉索拉力的檢測工作。
(3)采用微波技術對橋梁的各種裂縫進行深入檢測。
3 無損檢測技術的主要方法
橋梁損傷的原因及類型
(1)橋梁在長期使用過程中會發(fā)生各種結構損傷。損傷的原因主要有
①使用、維護不當；
?、谲嚨準鹿实热藶橐蛩?；
?、鄣卣?、風暴等自然災害；
?、芙煌棵驮黾觿蛄航Y構的自然老化。以上因素均導致了橋梁承載能力和耐久性的降低，甚至影響到運營的安全。
(2)典型橋梁損傷種類
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a混凝土開裂；
b混凝土缺陷；
c混凝土碳化。
?、阡摻钿P蝕
a先裂后銹：混凝土開裂后導致的鋼筋銹蝕；
b先銹后裂：混凝土開裂或表面混凝土成塊脫落。
3．1 光纖傳感器檢測技術
“光纖傳感器檢測”是用于混凝土橋梁結構檢測的一種新興技術，它運用了光纖的兩個特性來實現(xiàn)無損檢測。首先運用光纖的第一個特性：光損矢量的測量。即利用纖維某些局部產(chǎn)生微小彎曲后所產(chǎn)生光矢量變化的效應原理通過比較傳感器在拉緊或放松狀態(tài)下其出射光的密度，就可確定入射光在整個傳感器中所發(fā)生的變化，這種傳感器被稱為“股絞光纖傳感器”。多層反射傳感器運用了光纖的第二個特征，就是利用光傳輸時問原理，即光沿傳感器到達反射鏡，然后再反射回到光源處的傳輸時間。
3．2 紅外熱像儀檢測技術
“紅外熱像儀檢測”是一種用于預測橋面病害的檢測技術，其基本原理是：利用紅外攝像機來生成一幅橋面溫度圖像，該溫度圖像揭示了在陽光照射下混凝土裂層之上的橋面溫度“熱點”。這種溫度較高的“熱點”是由于較薄的充滿空氣的裂層就像絕熱體一樣，使得其上的混凝土的溫度上升的更快些而形成的?？梢越柚t外熱像儀把來自目標的紅外輻射轉變成為可見的熱圖像，通過熱圖像特征分析，直觀地了解物體的表面溫度分布，進而達到推斷混凝土的內(nèi)部結構和表面狀態(tài)的目的。紅外熱像儀檢測技術可以非接觸的測量，具有快速、高穩(wěn)定性、設備輕便、后處理靈活的特點。
3_3 聲探測技術
(1)聲發(fā)射檢測技術。聲發(fā)射檢測技術方法已經(jīng)在能源和加工業(yè)中使用了很長時間。近期，聲發(fā)射檢測儀器已經(jīng)用于橋梁工程的疲勞裂縫檢測，大多數(shù)結構材料在受力后出現(xiàn)如塑性變形、裂紋開裂、裂紋開展等微結構損傷時，就以聲波的形式釋放能量，聲反射檢測儀可以對處于荷載作用狀態(tài)下的橋梁結構的內(nèi)部材料和結構變化進行穩(wěn)定的監(jiān)視，并及時給出早期報警。
(2)超聲波檢測技術。利用超聲波檢測橋梁中的空隙位置是基于瞬間應力波原理。用一種短促的機械撞擊產(chǎn)生低頻應力波，傳導至結構內(nèi)部，再由斷裂面或界面發(fā)射回來，以反射波的形態(tài)來進行判斷。來自沖擊面、斷裂面以及其它面間的多種波會產(chǎn)生瞬間共振，可以用來測定結構的完整性或裂隙的位置，記錄下來的信號(時間一頻率曲線)可以進一步提供有關空隙位置的信息。
4無損檢測技術的前景和展望
無損檢測技術隨著科學技術的發(fā)展而發(fā)展,是先進科學技術的結晶。無損檢測技術促進了工業(yè)以致整個經(jīng)濟的發(fā)展,從某種意義上講,無損檢測技術水平可以作為衡量一個國家工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展程度,以及科學技術發(fā)展水平高低的標志之一。無損檢測技術是多學科綜合的一門應用技術,是建立在基礎學科的基礎之上的,只有從基礎理論中不斷吸收養(yǎng)分,才能不斷完善和發(fā)展。無損檢測技術的研究,應善于把基礎理論與工程實踐結合起來,建立起理論研究與工程應用聯(lián)系的橋梁,完善現(xiàn)有的方法和開辟新的途徑。
同時，高新技術在無損檢測領域中的廣泛滲透、應用和衍生和發(fā)展,必將推動檢測手段和評估方法的深刻變革,促使橋梁結構無損檢測與評估技術向集成化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化和智能化方向發(fā)展。
4 結束語
(1) 隨著我國大規(guī)模的道路橋梁交通建設，一些建成的高等級公路和大型橋梁、隧道等結構的安全性問題也顯得日益突出。因此，無損檢測技術的研究和開發(fā)具有廣闊的前景。
(2) 橋梁檢測是一個多學科交叉的系統(tǒng)工作，涉及結構、計算機、通訊和實驗量測等多個領域，需要各個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)配合才能達到一個有效的效果。
(3) 對橋梁結構無損檢測技術的前景進行了展望,指出集成化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化和智能化是未來的發(fā)展方向。
