桥梁无损检测技术的研究与应用

2020-05-11赵文胜

建材与装饰 2020年12期

赵文胜

（广东冠安建设工程质量检测有限公司广东中山 528400）

0 引言

在桥梁工程施工中，质量检测是十分重要的环节。现如今，社会经济发展迅速，桥梁工程建设数量和规模均不断增加，社会各界对于桥梁工程施工质量的关注度不断提升。随着科学技术的快速发展，桥梁工程检测技术类型越来越多，其中，无损检测技术优势明显，因此，对无损检测技术在桥梁工程检测中的应用进行深入研究迫在眉睫。

1 无损检测技术

在以往的桥梁工程检测中，一般采用破坏性检测方式，即随机选择检测点进行钻孔取样，对样本进行检测分析，进而判断桥梁工程施工质量。但是，这种传统的质量检测方式存在很多弊端：①钻孔点选择具有随机性特征，容易造成部分区域遗漏，取点位置可能不具有代表性，导致检测结果可靠性降低。②在钻孔取样中不可避免地会对桥梁工程造成损伤，甚至还会对桥梁工程结构性能造成不良影响。与传统的桥梁工程质量检测技术相比，无损检测技术优势明显，不会对桥梁工程结构造成损害，通过对检测所得参数进行分析，即可评估桥梁工程结构特征以及使用性能。无损检测技术为一种新兴技术类型，可充分利用声、电、光等特性，对桥梁工程结构进行深入检测，进而准确判断桥梁工程结构损伤以及质量隐患。

2 桥梁无损检测技术的作用

桥梁工程在促进社会经济发展，保障行人行车安全方面发挥着十分重要的作用。与常规建筑工程相比，桥梁工程建设具有点多、线长以及面广等特征，施工时间比较长，在具体的施工过程中，很多环境因素以及人为因素均可能会对桥梁工程施工质量造成不良影响，这就要求做好桥梁工程质量检测。

在桥梁工程检测中，需要对桥梁工程关键构件以及施工材料进行检测，并根据检测结果判断桥梁工程施工质量。通过将无损检测技术应用于桥梁工程施工检测中，不会对桥梁结构造成不良影响，同时还可准确获得桥梁工程性能以及质量参数。通过将各类参数与桥梁工程建设标准进行比较分析，即可判断出桥梁工程质量以及安全隐患，施工单位可据此采取有效的整改措施，延长桥梁工程使用寿命。

3 桥梁无损检测技术类型

3.1 超声波技术

在桥梁工程无损检测技术类型中，超声波技术的应用比较常见。超声波技术的应用原理为，在声波发送以及传输过程中可与结构接触，即可确定结构内部实际情况，如图1所示。当声波在传递过程中触碰到桥梁工程结构时，即可产生低频应力滤波，当接受器接收到反射波并进行处理后，即可获得桥梁工程结构检测结果，据此评估桥梁工程结构内部是否存在质量隐患。

3.2 光纤传感技术

有些桥梁工程建设规模比较大，结构复杂程度较高，如果采用传统的检测技术或者超声波技术，无法满足实际检测需要，对此可采用光纤传感技术。在光纤传感技术的应用中，能够依据物理指标变化实际情况得出不同的检测效果，有效提高桥梁工程检测效率，其应用原理如图2所示。

图1 超声波检测原理

图2 光纤传感信号处理系统原理

3.3 雷达检测技术

在桥梁工程雷达检测技术的应用中，需对桥面发射频率较高的电磁波，雷达技术的应用原理与超声波技术技术大致相同，通过对波在介质中的传播特征进行分析，即可了解桥梁工程结构内部实际情况。在雷达技术的应用中，能够快速准确地检测出桥梁工程那内部结构的损坏问题。

3.4 冲击回波技术

冲击回波检测技术是一种以应力波为原理的检测技术，在具体的检测过程中，通过对应力波反发射情况进行分析，即可判断桥梁工程结构内部是否有缺陷问题。在冲击回波法的应用中，可对桥梁工程结构进行连续快速检测，在获得检测结果后，还可将检测结果以三维成像方式展现，进而有效提升桥梁工程无损检测可视性特征。冲击回波法的应用原理为，首先激发短时机械冲击，使其能够产生低频应力波，在低频应力波传输过程中，如果遇到桥梁工程结构缺陷，即可反射，接收器可接收到反射回来的应力波，然后再将其输入信号处理设备中，对信号幅值谱进行分析，进而判断桥梁工程内部缺陷，其应用原理如图3所示。

图3 冲击回波技术原理

3.5 射线检测技术

射线检测技术，是一种更加高科技的检测技术，它能够利用X射线或者伽玛射线，对桥梁进行检测并生成一定的图谱，便于人们的观察。另外，射线检测技术也能够检测出损害发生的具体位置，还能够检测出损坏的程度，其检测精度非常之高，它们能够为桥梁的养护与管理提供非常重要的数据。与此同时，射线检测技术还存在许多的缺陷。它本身的科技含量就非常之高，其使用的成本也非常之高，因此只适合小范围，小规模的使用，并不适合广泛地推广。

3.6 激光技术

在实际应用的过程中，激光技术主要用于桥梁工程路面情况的检测工作，其所涉及到的原理主要包括衍射原理、光电反射原理以及光时差原理等。其中，衍射原理主要是指激光在进行传输的过程中，一旦路径上有狭缝出现会发生衍射的现象，在此过程中，通过不断对狭缝的宽窄进行调节，可以获得明暗面相接的图像并建立一定的联系。因此，相关人员通过对狭缝宽度改变的情况进行研究，可以对桥梁工程的质量进行一定的判断。另一方面，光电反射所应用的原理主要是激光与光电的强度之间存在直接的相关性，对此，检测人员通过光电转换器等设备的使用，可以将光能转化为电能，并按照预定的光电位移的状况进行相关计算，从而得到弯沉位移的准确情况。此外，光时差原理主要是通过对于激光在短距离内传输所产生的时差进行记录与分析，从而对桥梁工程所具有的均匀度进行有效的判断。

3.7 电化学检测技术

混凝土中的钢筋受到各种因素影响会发生腐蚀问题，此时就会出现化学反应，工作人员可以结合化学反应情况对钢筋腐蚀的具体情况进行评价。从当前人们运用的检测方法可知，电化学检测可以对混凝土的碳化深度进行分析，进而可以很好地掌握混凝土受到腐蚀的具体情况。在评定工作中，技术人员可以参照我国桥梁工程的评价标准进行检测。工作人员还需要根据桥梁的情况，如上下结构、桥面以及支座等进行集中检测，对所出现的重大问题进行集中处理，从而保障桥梁工程的安全性。

4 桥梁工程概况

在本次研究中以某桥梁工程为研究对象，该桥梁工程桥长为245m，为大跨径预应力混凝土桥梁。采用后张法预应力施工技术，桥梁工程上部结构为，钢筋混凝土预制箱梁，箱梁跨度为32.3m，采用单箱单室截面形式。在本次无损检测中，主要对箱梁结构内部缺陷进行检测，综合考虑桥梁工程实际情况以及施工技术条件，选用冲击回波法进行桥梁工程无损检测。

5 冲击回波法在桥梁检测中的应用

5.1 冲击回波信号原理分析

5.1.1 时域T分析

当应力波在混凝土结构中传播时，其传播速度V为定值，并且与结构底面以及缺陷面有较大差异，因此，对于混凝土结构厚度以及缺陷的范围，可根据公式（1）进行计算。

式中：t-从应力波发射至接收的间隔，s；as-与构件截面几何形状相关的系数。

5.1.2 频域分析

在收集信号后，可将其传递至傅立叶变换装置中对频域进行分析，通过对频谱图进行分析，即可判断结构缺陷，如公式（2）所示，可推算出混凝土厚度以及缺陷位置，对于混凝土以及钢结构界面，可根据公式（3）进行计算。

式中：h-表面或缺陷深度；f-应力波共振频率。

5.2 冲击回波法的具体应用

5.2.1 仪器选择、测点布置及表面处理

对于桥梁工程冲击回波检测设备，可分为手动激振以及自动激振两种类型，其中手动激振设备的冲击强度有一定差异，可能会影响检测结果准确性和可靠性。综合考虑实际情况，在该桥梁工程冲击回波检测中采用IES扫描式冲击回波测试仪，该检测设备不仅检测效率较高，并且自动化水平高，检测速度快。为了对该桥梁工程施工质量进行全面细致的评估，要求对于6孔箱梁、18根横向预应力管道均进行无损检测，对于各个管道，要求采用随机分布方式设置10个测试点，而对于各个测试点则应重复测试3次。需要注意，在冲击回波法的实际应用中，在选择检测对象时，要求检测对象表面不能有孔洞、蜂窝等质量问题，避免对传感器信号造成不良影响。因此，在应用冲击回波检测设备前，在选择好测试对象后，需采用砂轮对检测对象表面进行打磨处理。除此以外，对于预应力管道埋深，要求控制在80cm以内，本工程波纹管与顶板之间的距离在20～40cm之间，因此符合要求。

5.2.2 数据测定和频谱图分析

在该桥梁工程无损检测中，以6#箱梁的一根波纹管为例，对检测结果进行分析。在该波纹管上，共设置有2出测点，6#箱梁中某波纹管测量结果如图4所示，通过对图4进行分析可见，频率图上有两处明显的峰值，第一为顶板厚度，根据公式（2）进行计算，h为40cm，符合实际情况；第二为钢绞线位置，根据公式（3）进行计算，h为15cm，符合实际情况。