桥梁病害非接触检测系统及检测方法的实际应用

郭岩昕 （健研检测集团有限公司，福建 厦门 365004）

0 前言

桥梁病害问题日益加重，为了对其进行有效的检测，非接触检测系统和方法应运而生，其能够对传统检测方法中的弊端进行有效改善，文章从以下方面对非接触检测系统和方法进行详细阐述。

1 桥梁病害以及形成原因

桥梁病害的形式主要体现在以下方面：

①裂缝。裂缝是桥梁中最普遍的一种病害，其由多种影响因素共同作用而成，并且对桥梁的危害程度具有一定的差异性，当出现贯穿缝以及网缝时，会使桥梁的安全运行受到严重的影响和危害。

②混凝土碳化以及钢筋锈蚀。混凝土中的氢氧化钠与渗透到混凝土中的酸性气体进行化学反应，使得混凝土由碱性向中性进行转变，从而使其钝化保护作用显著降低，导致钢筋发生锈蚀的现象出现。

③剥蚀。混凝土桥梁结构表面中出现的蜂窝麻面、露石以及酥松起皮等现象统称为剥蚀，并且根据机理的不同，可以将其分为冻融剥蚀、风化剥蚀以及水质剥蚀等。

④结构构造遭到破坏。结构关键位置的构造缺乏合理性、施工时间比较长，导致结构出现一定的老化、变形等问题，从而对桥梁安全稳定的运行产生一定的影响。

2 桥梁病害非接触检测系统

桥梁病害非接触检测系统主要由以下部分组成：

①非接触检测仪。非接触检测仪由高清数码相机、长焦数码相机、无棱镜激光测距仪、数控云台以及支架构成，将长焦数码相机和高清数码相机进行有效连接，从而对远距离结构表观图像进行有效获取，将高清数码相机放置在数控云台之上，从而为高清数码相机能够获取桥梁不同位置的图像以及空间角度提供保障和先决条件。无棱镜激光测距仪主要在被检测对象物理距离的测量方面进行应用。

②激光投射子系统。激光指示器阵列、高精度控制云台、高稳定性支架构成了激光投射子系统，其作用原理为：激光指示器阵列在桥梁表面进行激光指示点的投射，该激光指示点在桥梁表面空间的位置是固定的，之后利用高精度控制云台中的水平和竖向旋转动态来对激光点的位置进行调整，高稳定性支架为激光指示器阵列的稳定性和支撑提供保障。

③数据处理器。该处理器既能对测量数据进行处理，又能将数据处理结果进行有效的呈现。

④无人机系统。无人机系统（见图1）主要由四旋翼遥控机、增稳云台、无线图传通信模块、高清相机组成，利用增稳云台将高清相机安装到四旋翼遥控机之上，高清相机和无线图传通信模块进行有效的电连接，从而使无线图传通信模块与数据处理器能够进行有效的图像数据传输功能。

图1 无人机系统

3 桥梁病害非接触检测方法的应用

3.1 线型扰度检测

桥梁病害非接触检测方法在挠度方面的应用主要有光电挠度测量法、数字图像法（图2）等。目前，主要将这一方法应用于远距离测试桥梁的线型挠度方面。以足音桥为例，该桥位于厦门市集美区园博园苑风景区内，连接中华教育岛和D岛，孔跨布置采用5×20m的连续梁桥，桥长107m。由于该桥下跨海湖，水底较深，在对其进行线型挠度检测时，采用了无人机系统联合水准仪的方法进行测量。

检测的步骤主要为：第一步，利用激光投射子系统来形成有效的激光指示点，在每个预设区域之内，利用激光指示的方式来完成固定参考点的确定；第二步，利用长焦数码相机和高清数码相机的有效结合，从而能够对远距离结构表观图像进行有效获取，进而完成表面参考点的选取，之后利用无棱镜激光测距仪来获取检测对象的物理距离，数控云台对图像和空间角度进行有效的调整，从而能够完成三个方位的相对偏转角度的获取和修正，进而使摄像机利用云台运动来实现对多个预设区域的检测；第三步，重复第二步的方法，以此来实现对不同点位进行检测的目的；第四步，将桥面各参考点的相应位置用曲线连接，并和梁底垂直距离位移变化做相应点线型扰度变化的参考依据。

图2 数字图像法检测试验装置

3.2 裂缝测量

裂缝是钢筋混凝土桥梁中最普遍的一种病害，目前常见的裂缝检测方法有表面测量法、弹性波法、电磁波法以及传感仪器检测法，这些方法要么测量范围小，要么仪器昂贵。

非接触检测法利用长焦数码相机和高清数码相机的有效结合，能够对远距离结构表观图像进行有效获取，以此来完成表面特征点的选取，因此测量范围大。

足音桥在外观检测时即应用了无人机系统获取表观图像，之后利用无棱镜激光测距仪来获取检测对象的物理距离，并且对裂缝图形在图像中所占像素数以及实际物理宽度进行有效坐标转换，数控云台对图像和空间角度进行有效调整，从而完成三个方位相对偏转角度的获取和修正，从而获得裂缝图像。

3.3 超声波法

超声波法在桥梁检测中的应用较为普遍，可做强度方面、裂缝深度和内部缺陷的检测。原理主要是利用发射器和接收器对超声波的速度和波形进行接收和分析，从而使混凝土强度和裂缝深度的检测得以实现，当混凝土的强度增大时，超声波的速度和频率也会随之增大，从而实现对混凝土强度的测量。裂缝深度的检测可以使用超声波无损检测方式来进行，当超声波在混凝土中传播时，可以将其速度进行采集和分析，之后来进行行程时间曲线的绘制，然后将超声波法发射器进行位置的有效固定，将接收器按照衬砌的某一方向进行有效移动，对裂缝位置处超声波传播时间的变化进行分析和计算，从而能够得到裂缝的宽度。

4 结语

通过文章的论述可知，桥梁所受到的病害种类较多，对桥梁结构的质量产生严重的影响。因此，将非接触检测系统和非接触检测方法引入到病害检测中具有重要的作用和意义，能够使桥梁病害得到有效的控制，从而使梁结构质量得到有效的保障。