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桥梁无损检测技术综述

摘要:本文阐述了桥梁检测的重要性，以及对桥梁结构病害和损伤进行无损检测的必要性，重点介绍了超声波检测技术、探地雷达技术、声发射检测技术等几种无损检测方法。
关键词:桥梁检测；无损检测；探地雷达技术；声发射检测技术

Review of Bridge Nondestructive Testing Technology

Abstract: This paper describes the importance of bridge detection, as well as the
necessity of nondestructive testing to the disease and damage in bridge. The paper
mainly introduces the ultrasonic detection technology, ground penetrating radar technology, acoustic emission testing technology and so on.
Key words: bridge detection；nondestructive testing；ground penetrating radar
technology；acoustic emission detection technology

1 引 言
随着我国交通事业的发展，桥梁的数量大量增加，很多路桥逐渐进入衰老期。同时，交通运输量也迅速变大，车辆载重的增加以及行车密度的变大都加剧了桥梁结构的损伤，使桥梁发生不可预见的破坏，所以严格的检测对于路桥是非常重要的，从而尽早发现潜在隐患，确保桥梁处于良好的使用状态。
不断更新的技术进步是检测的重要依托，传统的外观肉眼检测不能提供可靠的损伤证据，传统的钻孔检测对桥梁结构有一定的损害且检测精度受钻孔位置的制约，难以准确全面反映桥梁的整体健康状况。无损检测技术，是在保证待测物质的状态、化学性质等不被破坏的前提下，对待测物进行有关的内容、性质或成分等物理、化学情报进行检查的方法。无损检测技术以其快速、直观及可以显示桥梁内部状态的检测设备和技术手段，在桥梁检测中得到了广泛应用,包括超声波检测技术、探地雷达检测法、声发射检测技术、射线探伤法、机敏混凝土测试方法等。因而，利用无损检测技术对桥梁结构病害和损伤进行检测是非常必要的。
2 超声波检测技术
超超声波检测技术主要是基于超声波在试件中的传播特性。声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件后；超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。
超声波检测技术有着其他无损检测技术不能比拟的优点。首先，应用范围广，超声波无损检测技术适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；其次，由于超声波的穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测；另外，超声波无损检测还具有缺陷定位较准确，对面积型缺陷的检出率较高，灵敏度高的优点，可检测试件内部尺寸很小的缺陷。由于其检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便，已经在很多的领域尤其是户外工程中得到了广泛的应用。
然而该项检测技术由于自身机理的原因，也存在许多有待改进和完善的地方。管道相交或相邻时对检测结果的影响；管道中有蜂窝体、水或部分空气时对结果的影响；采用其他材料的管道对检测结果的影响；该项检测技术在检测道路路基密实性等问题还有待进一步的研究。
3 探地雷达技术
探地雷达技术就是利用高频电磁波，以脉冲形式通过发射天线被定向地送入地下，雷达波在地下介质中传播过程中，当遇到存在电性差异的地下目标体(如空洞，或钢筋时，电磁波便发生反射，返回到地面时由接收天线所接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波波形、强度、双程走时等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。
用地质雷达进行工程质量检测是一项较为成熟的技术，能精确测定缺陷区的形状、大小和深度；节省劳力、操作方便、速度快；能在大范围内进行检测；不受周围环境影响。
但是探地雷达技术对于雷达的性能和检测分析人员提出了很高的要求，必须具备大量实测数据和丰富的工程实践才能较为准确根据波形判断相关结构层构成、变异等工程参数。虽然探地雷达在道路以及桥梁结构的检测方面具有广阔前景，但其价格一般比较昂贵、检测人员水平要求较高，这项技术有待于进一步研究推广。
4 声发射检测技术
材料在外加荷载等因素作用下，由于能量从局部源快速释放而产生瞬态弹性波的现象称为声发射。利用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测技术。
声发射检测技术作为无损检测的一种手段，其主要目的是：确定声发射源的部位；分析声发射源的性质；确定声发射发生的时间或荷载大小；按照有关的声发射标准评定声发射源的严重性。
声发射检测技术的主要优点包括:适用于实时动态监控检测，且只显示和记录扩展的缺陷，与缺陷尺寸无关；对扩展的缺陷具有很高的灵敏度，其灵敏度大大高于其他方法；具有整体性特点，在检验大型的和较长物体的焊缝时(如桥机梁、高架门)，这种优越性更明显；能进行不同工艺过程和材料性能及状态变化过程的检测；技术受材料的性能和组织的影响要小些，例如材料的不均匀性对射线照相和超声波检测影响较大，而对声发射检测技术则无关紧要，因此声发射检测技术的使用范围较宽；使用声发射检测技术比较简单，现场声发射检测监控与试验同步进行，不会因使用了声发射检测技术而延长试验工期，检测费用也较低，特别是大型构件的整体检测，其检测费用远远低于射线或超声波检测费用，而且可以整体、实时地检测和结果评定。
同时，声发射检测技术也有一定的缺点和不足，声发射检测技术需要在特定荷载条件下进行，声发射检测技术目前只能给出声发射源的部位、活度和强度，不能给出声发射源缺陷的性质和大小，对超声发射源，需要使用其他常规无损检测方法(如超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测等)进行局部复检，以综合判定其有没有危险，是否允许存在。
5 射线探伤法
射线探伤法将底片置于混凝土构件后，通过对敏感底片发射x射线或伽玛射线，从而生成含空洞的图片。射线探伤法可以确定空洞程度和断裂钢筋的位置，适用于桥梁正常开放运营的情况，并可以从已成型的数据库中快速获取图像理想条件下，图片准确无异议。这种方法所需的操作人员数量较少，但射线探伤法需要很多强有力的探射源，用于穿透厚截面，获得实时图像，从而增加了成本，使结构健康和安全预防措施更加严格，采用射线探伤法可以获得清楚的图片，但如果截面厚，或与管道或钢筋交错布置时，就不宜用图片说明；放射源放射出的伽玛射线最大能够穿透的150mm铱，400mm的钴，并且必须能机械化的放置于带有护套的盒子中；x射线源的穿透能力达1500mm，并且能够自动关闭，这是该方法的一个显著安全优势。当通道便捷，并且安全情况理想时，射线探伤法能提供便于解释说明的图片，这种方法是一个适用性很强的无损检测技术。
6 机敏混凝土测试方法
机敏混凝土是指在混凝土中掺入短切碳纤维或纳米粒子，从而使混凝土同时具有压敏特性和良好的力学性能。机敏混凝土的压敏特性是指机敏混凝土电阻随压应变或压应力变化而变化的特性，通过测量机敏混凝土的电阻变化，就可预测混凝土的应变或应力。利用机敏混凝土的压敏特性，可以发展机敏混凝土应力一应变传感器。机敏混凝土具有较高的强度和较大的变形能力，因此，机敏混凝土既可以作为传感器埋在混凝土桥梁和隧道结构中，监测结构的受力状态，也可以作为结构材料制作桥梁和隧道的结构构件。
机敏混凝土具有自感知、自适应以及自修复等3个特性，不过目前桥梁工程中智能混凝土的实际研究还主要以自感知以及自适应的为主，对于结构的修复特点将是以后研究工作的重点和难点。目前机敏混凝土在实际桥梁中商业应用较少,主要以科研为主。
7 声发射检测技术的应用难点及解决办法
声发射检测技术由于其动态检测的特点，在社会经济中的各个领域得到了快速的发展。但是，声发射检测技术却在桥梁的检测中受到了限制，不能使其有效地应用在桥梁现场的检测中。因为声发射特性对材料甚为敏感，又易受到机电噪声的干扰，所以对数据的正确解释需要更为丰富的数据库和现场检测经验。声发射采集过程中噪音的干扰是主要的难题之一，主要有电器干扰噪音、机械噪音源、声波传播途径引起的声信号崎变和衰减。其中，电器干扰噪音有前置放大器输人端的白噪音、系统内部所产生的噪音、接地回路噪声、电磁烦扰信号；机械噪音源有外场测试时的设备运转噪声、所有的摩擦过程引起的噪声、机械撞击引起的噪声、人类和周围的动物引起的噪声。由此可见，声发射检测技术在桥梁检测中的应用推广的主要难题是声发射信号噪音存在和现场检测操作过程。
为了解决该难题，可以对桥梁结构在各种工况下的噪音进行采集，对噪音的声发射特征进行研究，建立桥梁声发射检测的背景噪音识别模式，并以此为基础，进一步研究桥梁损伤的声发射信号特征，同时对桥梁内部损伤进行定位并评估损伤严重程度。另外，进行大量的桥梁现场检测试验，积累试验数据，并结合现场的声发射检测试验，总结出桥梁现场的声发射检测试验的操作过程。
8 结 语
无损检测最大的优点在于对结构不会造成损伤，从而避免了对可能己有损伤的结构的削弱。在计算机科学和自动化控制技术不断发展的今天，利用高精度测微技术，快速直观地发现道路桥梁病害隐患及其质量问题，不仅改变了人工检测的落后局面，而且实现了由破损型检测向无损检测技术的转变和从低速度、低精度向高速度、高精度的发展。
无损检测技术是多学科综合的一门应用技术，由于科学技术的发展，学科交叉的现象日益普遍，特别是将一些高新技术的最新研究成果应用于无损检测技术的研究，必将推动该技术的飞速发展。
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