钢结构桥梁检测与加固技术分析

2023-10-20张仕靖肖飞

运输经理世界 2023年17期

张仕靖、肖飞

（贵州宏信创达工程检测咨询有限公司，贵州贵阳 550014）

0 引言

目前我国的基础设施建设速度不断加快，很多基础设施工程建设取得很大的成就，获得令世界瞩目的成果。在这个过程中，公路桥梁基础设施的建设速度也在加快，很多大型的桥梁工程项目正在逐步地建设和运行。特别是钢结构桥梁施工技术水平日益提升，完全能够满足桥梁的建设使用需要，对于我国桥梁事业的发展起到了积极作用。较之传统的钢筋混凝土桥梁结构形式来说，钢结构桥梁有着非常明显的优势，使用的钢材具备较高的强度、塑性和韧性等特点，还具备较高的抗震性能，可以实现材料的循环使用[1]。将该技术应用到桥梁工程施工建设中，现场施工非常方便，提高施工效率和质量，已经成为我国重要的桥梁建设形式。但是钢结构桥梁在应用阶段受到环境和各方面因素的影响，可能存在一些质量问题[2]。因此要加强钢结构桥梁的检测工作，及时发现问题所在，且积极地采用加固技术进行处理，以此提高桥梁结构的稳定性。

1 钢结构桥梁中的无损检测技术分析

1.1 磁粉检测技术

钢结构桥梁所使用的材料在经过磁化处理后会形成铁磁性材料，并在其中形成均匀的磁力线。为了准确检测钢结构部件的表面缺陷，在现场施工环节中，需要将预先准备好的磁粉平铺在零部件表面上，并在阳光的照射下对零部件表面和内部结构的质量问题进行检测。磁粉检测技术具有明显的优势，是当前钢结构桥梁检测的重要方法之一。该技术利用磁粉的方式获取缺陷信息，能够快速了解桥梁结构表面和内部的缺陷情况。在进行检测后，需要技术人员对结果进行评判和分析，因此对于检测人员的专业技术水平要求较高。同时，经过磁化处理后，钢结构会存在一定的磁场，内部会产生应力。因此，在检测完成后，需要进行退磁处理。退磁装置应能够确保工件退磁后表面剩余磁场小于或等于0.3mT（240A/m）。

1.2 渗透检测技术

在使用渗透检测技术时，首先需要将钢结构表面的灰尘、油漆、油泥等彻底清理干净。接下来，可以使用刷子或喷雾器等工具，在表面涂覆一层荧光染料和着色剂。如果存在裂缝问题，荧光染料和着色剂将进入裂缝内部。然后，使用干燥剂，通过紫外线灯的照射方式，及时发现裂缝的形状、位置和尺寸。这种检测技术操作非常方便，检测成本相对较低。然而，它并不能准确测定裂缝的深度和铁锈等缺陷，因此其应用受到一定的限制[3]。

1.3 射线技术

射线技术具有非常高的检测精度，目前主要使用X 射线和γ 射线进行。在射线检测中，射线在指定的胶片中产生感光效应，可以快速确定缺陷的位置和尺寸。当射线穿过被检测物体时，有缺陷部位和无缺陷部位对射线的吸收能力不同。以金属材料为例，缺陷部位（如气孔或非金属夹杂物）对射线的吸收能力低于金属基体。透过缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位，通过测量透过工件后射线强度的差异来检测缺陷。射线检测技术在多种金属材料中都具有明显的优势，可以通过计算机生成立体图像，并利用三维分析的方式，及时了解裂缝的形状、位置、深度和大小。它是目前广泛应用于无损检测的一种方法，具备高灵敏度和准确性。然而，射线检测过程中，遇到较厚的材料会使射线能力衰减，因此无法垂直方向上检测薄层缺陷。此外，射线检测对设备精度要求高，需要具备较高的技术水平。在现场进行射线检测时，需要加强防护措施，以确保人员的人身安全[4]。

1.4 超声波技术

在钢结构桥梁的检测中，超声波技术是一种常见的方法，主要用于表面裂缝和缺陷的检测。该技术具有较高的穿透力和灵敏性，在早期裂纹损害的检测中应用广泛。超声波检测技术通过发射高频声波进入零部件内部，如果部件存在缺陷，声波将在该位置发生反射。然后通过分析波形信号，可以确定裂纹的位置和尺寸。超声波检测技术涵盖了表面波、横波和纵波等不同类型，而在钢结构部件的检测中通常采用横波探测的方式（见图1）。此外，超声波检测技术还可用于检测腐蚀问题，及时发现是否存在腐蚀[5]。

图1 超声波检测方式

1.5 涡流检测技术

涡流检测技术的主要工作原理是基于电磁感应的交变磁场对材料的影响。当交变磁场作用在工件表面时，会在材料中产生感应涡流，并产生感应磁场。这种交变磁场的作用下会导致涡流的电流发生变化。目前，涡流检测技术主要应用于导电材料的检测。如果钢结构表面存在夹渣、裂纹或气泡等问题，涡流检测技术可以通过检测涡流的变化来发现这些表面缺陷。该技术在薄而精细的导电材料的检测中具有优势，可以实现完全自动化检测，并且检测速度非常快。然而，涡流检测技术无法用于检测内部缺陷，并且存在着探测深度与表面探测的灵敏度之间的矛盾，因此，它无法进行定量数据分析[6]。

2 钢结构桥梁检测中无损检测技术的应用

2.1 工程概况

某桥梁项目为钢结构连续桥梁的形式，其长度为62.9m 左右，宽度10.3m。

2.2 技术特点

由于该桥梁采用钢结构形式，所有钢结构部件均在加工厂内进行生产制作。因此，在生产过程中，必须对焊缝进行全面的质量检查，然后将其运输到现场进行必要的检验工作。经过对桥梁实际情况的分析，并考虑到质量验收标准的要求，决定加强超声波检测技术的应用，以便及时发现焊缝的质量缺陷。在该桥梁项目中，焊接母材的厚度分别为16mm 和18mm，焊缝分为一级和二级两个等级。对于这两种焊缝，都将进行100% 的超声波探伤，并对其进行10% 的射线探伤。

2.3 无损检测技术的应用

在对该桥梁结构进行焊缝检测时，将主要关注梯形接头和对接焊缝，并采用分段检测的方法来处理安装环节中的焊缝。对于加工厂内的梯形接头，将使用超声波技术进行全面扫描，而不需要进行射线检测。之所以选择这种方式，主要是因为扫描拍照时厚度差非常大，同时操作空间较狭小。因此，选择超声波检测作为主要手段，并辅以射线探伤来提高检测准确性。在钢结构桥梁焊缝的检测过程中，超声波技术可以发挥高灵敏度的表面质量检测作用，而射线检测则可以及时发现内部缺陷。因此，将这两种检测方法结合应用，能够提高检测效率和质量。经过对该桥梁的分析，发现需要检测的焊缝有870 条一级焊缝和540条二级焊缝，共计进行380 次焊缝检测。通过检测和返修处理，焊缝的质量完全符合工程标准，满足钢结构桥梁的质量性能要求。

在该钢结构桥梁的裂缝检测过程中，采用了渗透检测方法。通常情况下，不会使用超声波或射线检测来进行表面检测。这是因为超声波在表面检测中存在一定的时间延迟问题，而射线检测无法及时发现微小裂缝问题，效果较差。相比之下，渗透检测在表面检测中具有明显的优势。

在现场连接钢结构桥梁时，主要采用螺栓、焊接和铆接等方式。焊接过程中的焊缝检测是质量检测的关键。由于焊接受到多种因素的影响，很容易出现表面焊接缺陷，如裂痕、咬边和气孔，以及内部缺陷，如夹渣、裂缝和未焊透等。对于内部缺陷的检测，主要采用射线检测和超声检测方法，能够及时发现内部缺陷问题。对于已投入使用的钢结构桥梁，针对可能出现裂痕的位置，应加强表面疲劳强度的检测，通常情况下，可以采用磁粉或渗透检测方法进行表面检测。

3 钢结构桥梁加固技术分析

3.1 采取焊接方式进行增大截面加固

对于钢结构桥梁的加固来说，增大截面法是一种常用且工作原理简单、操作方便的方法。该方法通常是通过焊接在钢结构表面进行加固处理，能够提升桥梁结构的承载性能。这种方法的应用广泛，不会受到现场干扰和影响，且技术要求相对较低，因此非常常见。在确保承载性能符合标准的前提下，利用焊接方式增大钢结构桥梁的截面积是目前加固中的首选方法。它具有便捷性和可靠性较高的优点。然而，在焊接加固过程中存在一定的缺陷和问题，即焊接环节容易出现焊接缺陷，从而影响加固效果，甚至可能导致严重的安全事故。

因此，在采用焊接方式进行增大截面加固时，现场技术人员需要加强分析和控制。他们需要严格计算和分析各项技术参数，熟悉施工现场的具体情况，并采取有效的质量管控措施。这样可以消除现场施工中存在的质量问题，确保钢结构加固的效果符合要求[7]。

3.2 钢结构桥梁加固中应用粘贴钢板法

钢结构桥梁可以使用粘贴钢板法进行加固处理，这种方法的工作原理非常简单，就是将特殊的钢质结构形式粘贴到钢结构桥梁的表面。目前主要采用结构胶进行粘贴，利用这种材料将零散的部件组合成一个整体，从而发挥整体的效果，最大程度地提升钢结构桥梁的加固效果，提高桥梁结构的承载能力。这种方法也是增大截面的重要方法之一。在实施过程中，需要注意不能使用明火，并且不会对结构外形造成任何影响。

目前，我国的许多企业和机构都在加强对该技术的研究，特别是在承载结构加固方面取得了显著的成就，具有很高的应用价值。

3.3 使用组合的方式进行钢结构桥梁加固

随着我国钢结构加固技术的不断发展和进步，目前许多工程企业选择采用组合加固的方式进行钢结构桥梁的加固施工。这种技术水平不断提高，应用效果也逐渐提升。技术人员在考虑钢结构桥梁的实际情况时，选择适合的加固方法，并将组合加固的运行方式全面应用于实践。尤其是在我国当前的大型钢结构桥梁施工中，组合加固的方式具有明显的优势，可以融合多种加固技术的特点，提高钢结构桥梁的加固水平。相对于其他几种固定方式，组合加固的原理较为复杂，对现场加固人员的技术水平要求较高。因此，施工单位需要进行全面的现场分析研究，并结合具体情况提出组合加固施工方案，并严格执行到工程实践中，以确保钢结构桥梁的加固效果符合要求。同时，在加固开始之前，需要对加固结构进行详细的计算分析，提高加固结构的设计效果和水平，综合考虑各个因素，从而实际提升钢结构桥梁的加固水平，确保其正常使用[8]。

3.4 钢结构桥梁采用预应力加固方法

预应力加固方法是通过应用预应力钢绞线来提升钢结构的承载能力，确保钢结构的稳定性和安全性。该方法在加固过程中具有显著优势，是许多工程中首选的加固施工方法。通过预应力的应用，改变原有钢结构桥梁的内力分布状态，并降低结构应力水平，实现两者的稳定结合，协同工作和运行，从而提高加固效果，增强钢结构桥梁的承载能力。预应力加固方法在钢结构桥梁加固中表现出明显优势，属于一种新颖的加固技术，得到广大施工单位的支持。随着该技术的不断应用，其水平和效果也日益提高。通过使用预应力加固技术，可以确保钢结构桥梁的性能达到标准要求，预防潜在的安全隐患，保护人民群众的生命健康和安全。在实施过程中，需要加强对预应力筋的张拉程度控制，以确保整体加固效果不受张拉效果不合格的影响。