桥梁结构无损检测技术

桥梁结构无损检测技术 【摘要】当前桥梁设施的安全问题已成为社会各界关注的热点，无损检测技术的发展为桥梁结构健康监测提供了有效的技术手段。本文系统地阐述了无损检测技术的内涵，介绍了目前常见的桥梁无损检测技术，展望了无损检测技术的发展方向。 【关键词】桥梁结构；无损检测；技术 引言 现代科学技术的高速发展推动了我国桥梁工程技术的飞跃。在役与在建桥梁数量越来越多，造价也越来越高。高墩大跨桥梁在国民经济与社会生活中所起的作用尤为重要，人们对桥梁的安全性、适用性以及耐久性提出了更高的要求。目前已建立了各种规模的桥梁健康监测系统，取得了一定的理论研究成果，桥梁检测技术作为该系统的一个基础性研究方向，历来是国内外学者关注的热点，借助现代检测手段的无损检测技术，代表了桥梁检测技术的最新发展方向，也是桥梁健康监测这一大型综合智能型决策系统设计的关键。 1.无损检测技术的内涵 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。无损检测技术是多学科紧密结合的高技术产物，现代材料学和应用物理学的发展为无损检测技术奠定了理论基础，而现代电子技术和计算机科学的发展为无损检测技术提供了现代化的测试工具1。 无损检测主要进行与结构安全直接有关的宏观力学性能及宏观缺陷方面的测试。在桥梁结构中的应用，主要与下面几个方面息息相关： （1）桥梁自身材料和结构方面的特点； （2）合理选取反映桥梁整体或局部的某些性能的物理量，并确定相互之间的函数关系； （3）检测方法的改进和检测仪器的更新。 2.桥梁无损检测技术的类型 常规的检测方法一般可以对桥梁的局部结构特性进行检测，对桥梁关键构件进行较为合理的损伤诊断。下面介绍6种常见的桥梁无损检测技术。 2.1表观检测技术 通过检测人员的观察，对结构的外在形态进行检测，包括对桥梁局部构件病害的检测，量测，以及桥梁整体构造的检测等。交通部公路桥梁技术评定标准（JTG/T H21-2011），作为公路工程行业推荐性标准，给出了定量评定桥梁结构状况的标准。 2.2计算机透析成像技术 由于CT成像技术在医学上的成功运用，随后固体介质CT成像技术受到高度重视。目前，固体介质CT成像技术已趋于成熟。计算机透析成像技术的基本原理是，利用X射线穿透物体断面进行旋转扫描，收集X射线经某层面不同物质衰减后的信息，进行放大和模数转换后，由计算机对CT探测空间范围内与某点相关的各个方向射线进行空间解算，得出与该点X射线吸收系数直接关联的CT数，从而形成一幅物体断层的数字图像。CT图像中的黑白对比清楚地表明了被检测物体的密度分布，包括结构内部的孔洞、裂纹和其他缺陷等2。 2.3光探测技术 2.3.1红外热像仪检测技术 红外热像仪检测是利用红外摄像机生成一幅桥面温度图像，这种温度图像揭示了在阳光照射下混凝土裂层之上的桥面温度“热点”。依据物体的红外辐射、表面温度、材料特性三者间的关系，借助红外热像仪把来自目标的红外辐射转变为可见的热图像，通过热图像特征分析，直观地了解物体的表面温度分布，进而达到推断混凝土的内部结构和表明状态的目的3。 2.3.2光纤传感器检测技术 光纤传感器技术是利用光纤对某些特定的物理量敏感的特性，将外界物理量转换成可以直接测量的光信号的技术。它是用于混凝土桥梁结构检测的一种新技术。从20世纪70年代中期至今，光纤传感技术经过30多年的飞速发展已经有了很大的进步，已成功研制了百余种光纤传感器。在桥梁检测中的应用形式比较乐观。 2.4声探测技术 2.4.1超声波探测技术 超声波探测技术利用声脉冲在缺陷处发生特性变化的原理来进行检测。超声波能够以一定的速度在某种材料中传播，直至遇到不连续点或抵达测试物的边界时才反射回来，通过信号的强度可以获知损伤的程度，而将信号发生的时间和超声波在材料中的传播速度联系起来，则可以获知损伤的位置。 2.4.2声发射检测技术 声发射检测技术是运用了大多数结构材料在受力后出现如塑性变形、裂纹开裂、裂纹开展等微结构损伤时，就以声波的形式释放能量的特性。它的优点是可以对处于荷载作用状态下的桥梁结构的内部材料和结构变化进行稳定的监视，并给出早期报警。 2.4.3冲击回声检测技术 冲击回声检测技术是基于使用弹性冲击产生的瞬时应力波，在预留孔位置的混凝土表面利用一个短时的机械冲击产生低频的应力波，应力波传播到结构内部，被缺陷表面或构件底面反射回来。因此，应力波在构件表面、内部缺陷表面或构件表面底部边界之间来回反射产生瞬态共振，其共振频率能在振幅谱中辨别出，进而可以确定结构内部缺陷的深度和构件的厚度。 2.5探地雷达检测技术 探地雷达是利用高频电磁脉冲波（101000MHz或更高）以宽频带短脉冲形式由发射天线送入地下，该雷达脉冲在地下传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，部分雷达波的能量被反射回地面，被接收天线接收。探地雷达探测是来自地下介质交界面的反射波，以其特有的高分辨率在浅层或超浅层探测中有着极其广阔的应用。 3.无损检测技术的发展方向 随着现代信息技术在桥梁结构无损检测领域中的广泛渗透、应用和衍生，必将推动检测手段和评估方法的深刻变革，促使桥梁结构无损检测与评估技术向集成化、系统化、网络化和智能化方向发展4。 （1）集成化。由于大规模集成电路的发展使得传感器与相应的电路都可以集成到同一芯片上，形成集成化智能传感器，可以显著地提高信噪比，抑制信号的失真。采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高远程数控系统的集成度和软硬件运行速度。 （2）系统化。随着微处理智能技术和微机械加工技术在传感器上的应用，传感器的功能将向系统化发展，能够实现多种信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通讯等多元化功能。 （3）网络化。网络化有两层含义：一是分布式传感网络，解决传感器的优化布置问题；二是检测系统的计算机通信网络，实现信息自动化传输。 （4）智能化。智能可有效地获取、传递、处理、再生和利用检测诊断的信息，从而具有对给定环境下的检测对象进行成功状态识别和状态预测的能力。采用人工智能理论、方法和技术，构造具有某种拟人智能特性和功能的桥梁结构无损检测与评估系统已逐步成为当前发展的一个新趋势。 4.结语 相比造桥是勤劳、智慧和勇敢的人干的活。桥梁检测是辛劳、机智和细密的人干的活，是一项理论实践结合紧密的学科。目前我国的很多桥梁已进入维修期，对旧桥进行检测显得尤为重要。随着检测技术的发展，新型无损检测方法（如超声波探测技术、声发射技术、机敏混凝土检测、电位法测试以及振动测试等）日益成熟，也已在桥梁检测中得到了较好的应用。 同时无损检测技术与很多相关技术的发展有着密切的关系，其中有传感技术、检测技术（A/D转换技术及二次仪表等）、信号处理技术