无损检测技术在桥梁工程中的应用.doc

无损检测技术在桥梁工程中的应用鲁云岗1 段建21湖南省高速公路管理局,长沙，410007 2株洲市规划设计院,株洲412007摘 要:介绍了目前无损检测常用技术,并结合桥梁中常出现的损伤问题与无损检测的研究现状及最新的研究动向,总结了桥梁无损检测内容及常用技术方法。展望了无损检测技术在理论探索和工程应用两个方面的发展方向,为无损检测技术的研究提供参考。最后建议将现代传感技术和无线通信技术融入桥梁无损检测技术中来,使其与桥梁健康监测系统相融合，为桥梁的全寿命设计提供技术支持。关键词:桥梁工程;损伤评估;无损检测;1.无损检测技术近几年国内危桥的调查结果表明, 我国危桥数量已超过1万座,这将严重影响着人们生命财产安全。有关专家认为如果桥梁使用年限超过25年，则桥梁进入老化期。据统计目前我国40%的桥梁正面临着老龄化，需要相应的维护。全国每年都要花巨资在桥梁结构日常维修、加固和置换等方面。因此正确的对桥梁的损伤进行评估，在合适的时候对桥梁进行相应的维护，使桥梁的总成本（建造成本和维护成本）最低具有举足轻重的意义。国内外研究人员提出了许多对桥梁进行损伤诊断评估的方法。常用的评估方法有半损伤式的识别方法, 也有无损检测技术。半损伤方法以不影响结构或构件的承载能力为前提，在结构或构件上直接进行局部破坏性试验，或直接钻取芯样进行破坏性试验，然后根据试验值与结构混凝土标准强度的相关关系，换算成标准强度换算值，并据此推算出强度标准值的推定值或特征强度。属于这类方法的有钻芯法、拔出法、拔脱法、板折法、射击法、就地嵌注试件法等，这类方法的特点是以局部破坏性试验获得结构混凝土的实际抵抗破坏的能力，因而直观可靠，测试结果易为人们所接受。其缺点是造成结构物的局部破坏，需进行修补，因而不宜用于大面积的全面检测，现桥梁检测广泛采用的是无损伤检测技术。无损检测技术是指在不影响结构或构件性能的前提下, 通过测定某些适当的物理量来判断结构或构件某些性能的检测方法。较为成熟的无损检测方法有超声波探测技术、声发射技术( AE )、机敏混凝土检测、电化学测试法以及振动测试等，这些检测方法目前已经在桥梁检测中得到了较好的应用。桥梁工程中无损检测技术的形成和发展与混凝土无损检测技术的发展密切相关。早在20 世纪30 年代初，对混凝土无损检测方法探索和研究就开始了，并有迅速的发展。1930年首先出现了表面压痕法；1935年格里姆(G.Grimet)、艾德(J.M.Ide)用共振法测量混凝土的弹性模量；1949年加拿大的莱斯利(Leslie)和奇斯曼(Cheesman)、英国的琼斯(R.Jones)等运用超声脉冲法获得成功，这些研究为混凝土无损检测技术发展和成熟奠定了基础。随后，许多国家也进行相关方面的研究，并取得了大量研究成果；许多国家开始了这类检测方法的标准制定。如美国的ASTM、英国的BSI均颁布了有关标准，使混凝土无损检测体系成为一个完成的体系。这些工作促进了桥梁无损检测技术的形成，并在实际工程应用中得到了快速发展。随着科学技术的发展，近期无损检测技术突破了原有的范畴，出现了许多新的测试方法，例如微波吸收、雷达扫描、红外热谱以及脉冲回波等新技术。同样这些方法也可运用到桥梁检测中。2.桥梁中常出现的问题桥梁作为一个结构体系，要准确把握其整体使用性能，首先必须了解对桥梁结构体系使用性能的正常发挥起影响作用的主要因素：(1)、钢筋的锈蚀、脆化、疲劳。(2)、混凝土损伤（裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等）。(3)、钢筋与砼之间粘结、锚固作用的削弱等三个方面。从表面而言，这些问题影响结构的外观、使用功能和寿命；从本质而言，则会降低结构安全度，成为引发事故和危及广大人民生命安全的隐患。因此桥梁无损检测应包括以下内容：(1)、钢筋数量、位置、保护层厚度及钢筋锈蚀状况检测；(2)、混凝土质量的检测，包括混凝土强度和局部缺陷的检测；(3)、混凝土裂缝开展情况及其它各项耐久性指标检测；(4)、桥梁性状的经常性监测等。通过对以上内容的检测得到了桥梁各项损伤参数，对桥梁作出正确的损伤评价，在适当的时候对桥梁进行相应的维护，使其使用性能得到充分发挥。3.无损检测技术在桥梁中的应用。桥梁的设计与建造是以保证结构的适用性、安全性和耐久性作为标准的。适用性包括桥梁结构是否满足原设计承载能力以及能否承受目前交通荷载。安全性和耐久性都需要在桥梁建成后的使用过程中进行定期检测和维护。因此对桥梁结构进行定期的无损检测具有非常重要的意义，通过桥梁无损检测可以：(1)、对现役有损伤桥梁进行诊治，可以准确找出桥梁损伤的原因，为桥梁的损伤治理提供依据。(2)、能够合理选择损伤桥梁修复的材料和工艺，最大限度地延长桥梁结构的使用寿命及降低损伤桥梁的维修加固工程费用。(3)、能够弄清桥梁结构耐久性损伤产生机理，在新建桥梁设计与施工时有针对性地加以预防；(4)、在新建桥梁质量监督和管理工作中，努力尝试和引进先进的无损检测技术，能准确鉴定工程实体的质量状况，提高新建桥梁的整体质量而努力。桥梁无损检测包括对桥梁上部结构的无损检测和下部结构的无损检测。其中桥梁上部结构的无损检测有：(1)、钢桥的疲劳裂纹和焊缝质量等通常采用超声、射线、磁粉和渗透等无损检测方法。(2)、索结构，悬索桥、斜拉桥和吊杆拱桥等以钢索或钢丝为主受力杆件的桥梁称为索结构。主要检测缆索和拉（吊）索的受力、锈蚀或损伤情况。通常采用电磁探测、超声探伤、应力测量、射线、声发射和CT技术等无损检测方法。(3)、预应力混凝土梁和钢筋混凝土梁主要存在裂缝和内部钢筋锈蚀问题，通常采用超声回弹综合法检测混凝土强度，超声波法测裂缝，电化学法检测锈蚀等。混凝土桥面板采用冲击回波法和雷达法检测缺陷和厚度。钢管混凝土则采用超声透射法检测混凝土密实度。(4)、桥梁结构承载能力评估，通常用传统桥梁荷载试验方法，即将已知载重的卡车置于桥梁关键位置，通过检测桥梁应力或跨间挠度等参数，可得出桥梁的实际承载能力，也可利用相干激光雷达测试桥梁下部结构的挠度，利用全息干涉仪和激光斑纹测量桥体表面的变形状态。桥梁下部结构的无损检测则包括以下内容：(1)、桥梁墩台，通常采用平行地震法（PS）和超声地震法（US）等检测技术。(2)、桥梁桩基，由于施工技术的难度和施工人为因素等原因，桩身寸在沉渣、蜂窝、夹泥、空洞、缩径、断桩、裂缝和离析等缺陷，检测方法通常采用超声透射法和声波反射法。4.桥梁无损检测存在的一些问题无损检测技术在桥梁工程中的应用 ,经历了研究、开发、应用等不同阶段，若想使无损检测技术行业得到及时快速的发展则必须不断地对其进行完善。(1)、研发高性能、低成本的无损检测产品。目前国内大部分无损检测技术是直接从国外引进，价格比较昂贵，为推广这些技术的桥梁检测中的应用，需在掌握该技术的基础上研发高性能、低成本的检测技术产品适用于国内的大环境。(2)、无损检测技术队伍的建设规范化。桥梁的无损检测包括检测准备、现场检测、分析整理等内容的一系列工作, 它对行业队伍的专业技术素质要求比较高，为确保无损检测的质量，因加强无损检测技术队伍的建设。(3)、完善国内无损检测技术标准。无损检测技术是多学科综合的一门应用技术, 是建立在基础学科的基础之上的, 只有从基础理论中不断吸收养分, 才能不断完善和发展。5.结论随着交通建设的迅速发展, 以及桥梁使用年龄的增长,结构进入老龄化, 旧桥梁结构的维修和改造都需要事先对结构状况进行检测与评价,因此对无损检测技术的研究与应用尤为重要，已成为近年来国内外桥梁学术界和工程界的研究热点。由于桥梁结构受到许多不确定性因素和复杂工作环境的影响,目前所取得的成就和研究还处于基础性探索阶段, 对桥梁结构的长期监测与检测技术的研究与发展, 还有很长的路要走。无损检测技术的研究,应把基础理论与工程实践结合起来。对一些大的工程项目，可以兼顾单一检测技术的同时，综合多种无损检测技术即采用综合法从不同的检测参数中获取较多的信息，清除部分不利因素的影响,提高检测质量。随着科学技术的高速发展，可以将无损检测技术融入桥梁健康监测系统中, 有效的提高了桥梁评估质量，使之与桥梁管理系统( BMS) 、智能监测与评估系统有机结合起来，为桥梁的全寿命设计提供技术支持。参考文献1刘沐宇,袁卫国.桥梁无损检测技术的研究现状与发展.J中外公路,2012,22（6）: 34- 372李添源,周岩.无损检测技术在公路桥梁建设与养护管理中的意义.J黑龙江交通科技，2009（6）:34-373林维正.土木工程质量无损检测技术M.北京:中国电力出版社，2008.4国家建筑工程质量监督中心编.混凝土无损检测技术M.北京:中国建材工业出版社,1996.5张明权、单炜、张自平. 无损检测技术在公路桥梁中的应用 J .森林工程, 1998, ( 14) .6沈建中,李宗津, 张之勇.土木工程中的无损检测技术及其应用J.无损检测,2002, (11).7张俊平.桥梁检测M.北