浅谈电磁感应法在混凝土桥梁检测中的应用

2015-12-09刘波李求源李祥

建材与装饰 2015年49期

关键词：磁路电磁感应气隙

刘波　李求源　李祥

（1.湖南联智桥隧技术有限公司湖南长沙4101992.怀化市交通建设质量安全监督管理处湖南怀化　418000）

浅谈电磁感应法在混凝土桥梁检测中的应用

刘波1李求源1李祥2

（1.湖南联智桥隧技术有限公司湖南长沙4101992.怀化市交通建设质量安全监督管理处湖南怀化418000）

随着我国公路交通基础设施建设的投入不断加大，我国已有桥梁数量不断攀升，对既有桥梁的检测与评定任务不断加剧，无损检测方法在桥梁检测中的充分运用，电磁感应法在测定混凝土桥梁的钢筋布置、保护层厚度及钢筋直径的广泛运用，通过对该法的基本原理进行分析，对采用该法的误差来源进行分析，提出相应的改进方法与措施，论述了该法进行钢筋直径的检测存在较大的误差，提出采用其它检测方法进行相互验证。

电磁感应法；无损检测；自感传感器原理；钢筋直径检测

1　引言

公路桥梁作为公路交通基础设施的主要组成部分，随着我国公路交通基础设施建设的投入不断加大，现我国公路桥梁截至2013年底，全国公路桥梁达71.34万座，合计3662.78万延米，我国桥梁数量众多，混凝土桥梁占有较大的比重，大部分桥梁已修建了较长时间；在20世纪80年代前修建的桥梁所采用的设计荷载偏低，在一定程度上不满足现今实际荷载要求，同时由于时间久远，部分桥梁的设计文件、施工记录、质量检测及竣工资料的缺失，给既有桥梁评定照成一定的困难，为保证评定结果的准确性与有效性，为更好的保证加固维修的合理性，如今混凝土桥梁的检测中大量采用无损检测技术，其中主要包括混凝土强度的无损检测、钢筋锈蚀的无损检测及钢筋定位的无损检测，钢筋的相关检测对于资料缺失的混凝土桥梁的评估与加固是检测工作的重中之重，对于既有非预应力混凝土桥梁承载能力验算关键在于明确构件的钢筋布置与直径[1]。

针对钢筋定位的无损检测方法主要包括：红外线检测、射线检测、雷达检测及电磁感应检测，其中雷达检测与电磁感应检测在现今运用较多，其中市场大量运用的电磁感应检测仪器均带有钢筋直径检测功能，并在实际工程中得到较为广泛的运用，但采用电磁感应法检测钢筋直径在一定程度存在较大的误差。

2　电磁感应法检测原理

电磁感应法检测钢筋的位置、分布与直径时，依据的原理为电磁自感式传感器原理相同如图1所示，自感式传感器一般由线圈、铁芯和衔铁组成，其中铁芯与衔铁均为导磁材料制成，当衔铁移动时，气隙厚度啄发生变化从而导致磁路中磁阻变化，直接引起感应线圈的电感值变化，通过测点电感量的变化确定衔铁位移量的大小和方向[2]。

当线圈的匝数为N时，线圈中的电流为（A），磁路磁通为准（Wb），则根据电磁感应原理，可得电磁感应量表达式为：

由磁路欧姆定律可知：

式中：鬃为线圈总磁链；I为线圈中的电流；N为线圈中的匝数；准为穿过线圈的磁通；Rm为磁路总磁阻。

由（1～2）式可得：

磁阻Rm由铁芯、衔铁和气隙中的磁阻组成。对于变隙式传感器，因为气隙小，可以认为气隙中的磁场是均匀的，若不及磁路中的磁损，则磁路中的总磁阻为

式中：滋0、滋1、滋2分别为空气、铁芯材料、衔铁材料的导磁率，L1为磁通通过铁芯的长度，L2磁通通过衔铁的长度，A、A1、A2为气隙、铁芯、衔铁的截面面积。

由于一般磁导体的导磁率远大于空气的导磁率，所以

由（6）式可知当线圈的匝数为常数，电感仅与磁路中的磁阻有关[3]。运用电磁感应法检测混凝土桥梁中钢筋分布、保护层厚度及钢筋直径均采用该原理，但实际工程检测中为非理想情况，因此在运用该原理进行检测时导致检测结果具有一定的误差。

图1　自感式传感器示意图

3　电磁感应法在混凝土桥梁检测中运用

电磁感应法在混凝土桥梁无损检测中得到广泛运用，而运用该检测方法所得的检测结果存在一定的误差，为保证检测结果的准确性与可靠性，在运用该检测方法进行检测时，必须了解误差的来源，采用一定的技术手段减小误差，尽可能的保障检测结果的准确、可靠。

3.1误差来源分析

3.1.1理论误差

电磁感应法检测的原理与自感式传感器原理相同，如上节所述自感式传感器气隙小，气隙中的磁场是均匀分别，忽略磁路的磁损，而采用电磁感应法检测混凝土桥梁时，由于混凝土保护层厚度的影响，磁损是不能忽略。

3.1.2钢筋布置形式及电磁特性

已有的研究表明[4]采用电磁感应法对混凝土结构检测时，钢筋焊网形式、排列方式对检测的精度均有明显影响；钢筋锈蚀、含杂质时钢筋的磁导率均会改变，由电磁感应法的检测原理可知将直接导致检测误差增大。

3.1.3混凝土的影响

混凝土的影响主要包括钢筋保护层厚度及混凝土材料电磁特性的影响；钢筋保护层的厚度越大，气隙越大将直接影响磁路的磁损；混凝土的电磁特性不稳定，电磁波在混凝土中传递时将直接导致电磁波的衰减不一样，因此影响检测精度。

3.1.4相邻钢筋的相互影响

利用电磁感应法对混凝土结构进行检测时，相邻钢筋同时会产生电磁感应现象，相邻钢筋间会形成相互干扰，从而影响检测精度[5]。

3.1.5检测环境的影响

电磁感应法检测是检测仪自身产生一个稳定的磁场，对被检测结构的钢筋形成自感，单外界存在磁场时将会对仪器自身磁场照成一定的影响；被检测构件邻近处存在磁导率大的物件时对检测结果照成一定的影响。

3.2提高检测精度的方法

3.2.1减少理论误差

由自感传感器的原理可知，减少理论误差可通过确定合适的电磁强度来减少由于气隙过大导致磁路的磁损的影响，同时通过提高仪器的计算能力分析能力，通过考虑混凝土中磁损、被检测钢筋的直径等因素的影响来提高仪器本身的检测精度。

3.2.2考虑钢筋间距、保护层厚度及排列方式的影响

考虑效果系数，即钢筋间距比上保护层厚度，当效果系数大于等于3时，测量值可依单排钢筋进行处理，当效果系数小于3时，需考虑邻近钢筋的影响，需对检测结果进行修正，修正值大于1；钢筋横排并起与钢筋竖向并起，钢筋直径的等效值不同，横向并起为检测等效值为直径的叠加，纵向并起等效值为3/4倍实际直径叠加[5]。

3.2.3减少检测环境的影响

检测时远离磁场，远离磁导率强的物件[6]。

3.2.4电磁感应法与其它检测方法相互验证检测

利用电磁感应原理对混凝土桥梁钢筋直径的检测，由（6）式可知，未知参数为气隙啄与气隙的截面面积A，啄与保护层厚度及钢筋直径有关，A与钢筋直径有关，即（6）式中为保护层厚度与钢筋直径的函数关系式，可通过内部切换法和正交测量法进行钢筋直径与保护层厚度的检测，由于混凝土材料的不均匀性导致检测结果的误差较大，因此，在实际检测中应采用其它检测方法验证（破损检测、地质雷达检测等）。

3.2.5适当增加检测样本容量。