桥梁吊索无损检测技术方法的比较分析

杨久升 李鹏

摘要：随着我国道路基层的深入发展，桥梁吊索作为桥梁重要构件对其外观缺陷、工件特征以及技术质量的检测很重要，因现场检测条件限制以及桥梁的可持续使用，无损检测技术也应运而生。本文着重针对应用在无损检测技术中的无损检测方法的分类以及优缺点进行比较分析。

关键词：桥梁无损检测；磁致伸缩法；磁通量法

缆索桥梁中拉（吊）索锚固系统是缆索桥梁的重要组成部分，桥梁上的活荷载与恒荷载就是通过锚固系统作为中介传递给拉索再传递给桥塔；所以缆索系统中的锚固系统关系到索桥的安全。桥梁缆索系统主要是由钢材构成，而缆索系统中轻微的缺陷都会造成其磁效应的改变，通过采集缆索系统磁效应具体情况，就能够很好的评判缆索系统的健康情况。

1 桥梁无损检测技术与一般常用检测方法

1.1桥梁无损检测技术定义

无损检测技术主要是指在保证工程结构以及质量安全的前提下，检查工程的外观缺陷、工件特征以及技术质量等的统称。检测是要保证原有性能基础上，进行相关的测试，保证承载能力等，进而也对质量有控制。运用无损检测技术检测桥梁一个优势就是在不会造成工程设计的任何干扰和影响的前提下，准确定位受损位置，前期优化设计必须考虑检查死角的影响因素，调整对应的施工工艺，避免在后期检测维修方面的不确定性，保证桥梁质量。

1.2桥梁一般检查方法

常用一般检测方法对桥梁进行详细的表观质量状况检查，既要达到反映橋梁实际表观状况、查清缺损和病害的目的，同时要按照现行《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）和《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）的要求，评定桥梁结构的技术状况等级。

检查方法：采用人工目力观测，辅助裂缝测宽仪测定裂缝宽度，裂缝长度和位置采用5m钢卷尺直接量测。对各关键截面裂缝或怀疑较深的裂缝需要测试其深度，可采用渗透半破损检测方法测量其深度。

记录方式：标注裂缝发生的部位、裂缝走向、宽度、分布状况及长度等，并记录典型裂缝宽度。

针对上述对比，一般常用方法无法对内部缺陷进行检查，尤其针对拉吊索，不能确定缺陷的具体位置，具有一定的局限性。

2 桥梁拉吊索无损检测方法及效果

2.1无损检测方法分类以及优缺点比较分析

在桥梁有缆索无损检测方法已有成果非常多。比较常用的无损检测方法有：1.射线检测、2.红外检测、3.超声波检测、4.涡流检测、5.渗透检测、6.磁粉检测、7.声发射检测等方法[1]，针对缆索专业检测方法包括：声学监测法、磁致伸缩法、磁通量法、超声法、振动法等[2]。振动频率法已经有效的应用在索力检测方面，对于缆索长短检测的精确度也有不同，长索检测准确率高。振动频率法不足之处，无法对缆索中钢绞线断裂、应力以及疲劳引起的锈蚀这种内部性病害进行检测；声法检测法原理是在波长的范围值内发声通过钢丝的能量变化来表现钢丝的健康状况，钢丝断裂会产生能量的变化，但是需要打开检查，在钢丝束内部植入一定量的传感器[3]，这就加重检测过程中的工作量，同时打开检查后，后期不能完全的恢复保护层，对日常缆索保护也有一定的要求；电涡流效应法简称电磁法，在石油管道、钢丝绳方面的检测，运用电磁法进行检测，结合石油管道和钢丝绳检测条件不好，损伤定位、损伤量值的判断是电磁法的一个优点，但其在用于直径大于外部缆索的聚乙烯保护层的检测和有金属护套的保护这两种情况的检测时，磁化效果变差；对处于试验阶段的射线法可优点非常明显可以明确的定位锈蚀的位置。以上是常用的各种无损检测优缺点的一些比较分析，方法不同，达到的效果也不同，在实际使用过程中可以根据具体工程情况进行选择。以下是缆索检测具体方法的一些比较。

2.2磁通量法检测

2.2.1测试原理

以广州某桥为实例，2009年吊索检测采用漏磁法开展索体的无损检测工作。该桥是运用漏磁量的原理设计处LRM无损检测系统，原理为运用检测系统中的大桥上的绳索磁铁产生静磁场磁化，磁通量会产生通过钢缆的磁回路，钢缆有缺陷，磁通量通过时会产生部分分散，磁通量不能完全回路漏掉的这一部分被称为磁漏通量。绳索的铁磁体横截面面积是常数并且其结构是一致的，那么绳索中的磁力线平行于绳索轴线。从磁极靴流出的磁通量是常数，它的数值由磁通路参数和绳索横截面积决定。传感器系统由感应和霍尔传感器组成，放置在探测头中，负责记录并转换这些信息。

2.2.2测试局限性

① 磁通量法检测主要是检测获得吊索的截面损失情况，对吊索的整体锈蚀情况并不能准确判断。

② 磁通量设备暂时无法检测吊索两端头位置。

鉴于这种情况，根据往年定期检测、特殊检测已有数据分析结论，同时结合检测的现场实际情况，通常采用部分有代表性吊索进行保护层打开，检测吊索钢丝表面状况。

2.2.3检测方法

① 根据确定打开位置准确定位，组织登高车到达打开部位。

② 邀请吊索保护层施工方专业人员进行打开。

③ 打开后第一时间拍照，判断吊索内部钢丝锈蚀状况。

④ 使用游标卡尺，对打开后初始状态吊索截面损失点位进行直径测量。

⑤ 如钢丝锈蚀情况严重，对锈蚀部位进行清洁，露出钢丝表面。

⑥ 再次对截面损失点位进行直径测量。

⑦ 恢复吊索保护层。

2.3磁致伸缩法检测

2.3.1测试原理

磁致伸缩导波无损检测技术比起其它的无损检测技术，其拥有更多优点；例如：红外、射线探伤有测量范围有限的缺点，而磁致伸缩导波适用于长距离快速检测； 磁致伸缩导波无损检测不需要与被检测物体进行相对运动，避免了环境条件对探头的限制[1]。磁致伸缩导波检测原理的基础是磁致伸缩效应及其逆效应。应力波是由于磁致伸缩应变产生的外型变化进而引起的弹性波而与之相对的是，导波的反射是由于声阻的变化引起的，在出现内部缺陷是导波会引起磁感应强度的不同变化，反过来讲，磁感应强度的变化是内部是否存在缺陷的一个指标，有变化就是电压产生的原因。

基于弹性波遇到缺陷被反射的特性，在磁化区域，根据磁致伸缩效应，由缆索轴向产生应变的弹性波遇到有缺陷的内部缆索，返回经过检测线圈会产生一定量的磁通量变化，这就意味着线圈可以将磁通量的变化量变成信号，何为信号？即可以被分析代表着缺陷信息的波形的电信号。

2.3.2测试局限性

① 对吊索缺陷的位置无法准确判断。

② 检测精度相对磁通量法较低。

3 结论

对于无损检测技术常用的各种无损检测优缺点的一些比较分析，结果表明：检测方法不同，达到的效果也不同，各有优缺点。并针对磁通量法和磁致伸缩法原理以及优缺点进行分析，磁通量法检测能检测获得吊索的截面损失情况，但是对吊索的整体锈蚀情况以及缆索端部情况并不能准确判断。磁致伸缩法对缆索的检测具有检测长度达，检测仪器检测范围大，能够对损伤进行准确定位，不需要打开保护层进行打开检测，而磁通量法需要打开保护层内置传感器，同时检测精度大于磁致伸缩法，在实际使用过程中可以根据具体工程情况进行选择。

参考文献：

[1]高凯.磁致伸缩导波的桥梁拉索锚固系统无损检测技术[D].重庆交通大学，2014.

[2]钟恒.基于磁致伸缩导波的桥梁拉索锚固系统无损检测试验[D].重庆交通大学土木建筑学院，2013.

[3]李世卿，何君.桥梁拉吊索无损检测与对策[J].北京新桥技术发展有限公司.2011，（10）： 198-199.

（作者单位：山东科技大学土木工程与建筑学院）

作者简介： 杨久升（1992—），男，山东临沂，山东科技大学在读硕士，建筑与土木工程。