无损检测技术在现代桥梁中的应用

(扬州大学建筑科学与工程学院 江苏 扬州 225009)

一、桥梁检测的意义与内容

桥梁检测是评估桥梁结构物使用性能，安全性能的一种重要方法，产生了很强的效应。桥梁检测的重要性可以从其蕴含的经济性，实用性，社会性等方面体现出来。通过检测可以得知结构物病害，损伤部位与程度；可知结构物的耐久性，强度与稳定性等情况。当今，对于现代桥梁来说，无损检测技术已经成为了国内外及其受重视的领域。无损检测技术反映了一个国家高技术发展的综合水平，将声、光、电、力、热多个综合学科与信息处理技术相结合，可以保障检测结果的客观性和准确性。并且无损检测在多个领域有着重要的用途，对无损检测技术进行深入研究有重要的现实意义。

二、现有的桥梁检测的方法

(一)桥梁外观检测技术。桥梁外观检测技术就是用肉眼观察桥梁结构，获得发生病害的部位方法。通过肉眼观察的外观检测，很容易发现桥梁存在的裂缝，损伤以及桥面的凹陷，剥落等病害。但无法对桥梁内部损伤程度进行观察和评估。

(二)局部损伤检测技术。局部损伤检测技术是用目视或专门的检测仪器对结构局部的损伤和缺陷情况进行检测。结构局部检测技术一直是桥梁结构日常检测养护的主要技术手段,主要对结构的材质状况与耐久性各项指标进行检测,包括砼强度检测、钢筋锈蚀电位检测、氯离子含量测定、钢筋分布及保护层厚度检测、砼碳化深度检测、砼电阻率测试和砼内部探伤等内容。传统的检测手段包括涡流、磁粉、渗透、X射线和超声波等,后来又发展了诸如层析成像、全息摄影、远红外热象、微波、核磁共振和雷达等先进检测技术。但是局部检测方法对结构物的整体性能不能进行检测。

(三)整体损伤检测技术。相比局部损伤技术，整体损伤检测方法有很大实用性，它能弥补其不足，能对结构物整体工作性能进行全面检测。该方法采用结构静力试验和动力试验等手段采集结构响应数据(如应力、应变、位移、速度和加速度等),通过力学和数学方法对荷载数据和响应数据进行分析,得到反映结构局部损伤和整体状况(如承载力)的信息。结构整体检测技术在很大程度上克服了结构局部检测技术的局限性。目前，该方法主要以荷载试验为主，有静荷载方法和动荷载法两种。

三、新型桥梁无损检测技术

无损检测技术是一种基于缺陷、宏观力学的有效测验方式，一般来说，在进行和结构安全有关的测力实验中，常常会选用无损检测技术。目前，在我国现代桥梁检测过程中，桥梁无损检测的特点呈多样化，智能化发展的，并且使用前景是非常广泛的，包括光纤维技术，新型传感器技术，电子仿真技术，神经网络识别技术等。这些新型技术比传统检测技术功能更先进，检测更精确，能在各种复杂环境工况下，及时检测桥梁病害。在有效识别桥梁整体性结构损伤、局部性损伤时，常常会选用无损检测技术。

(一)机敏混凝土检测法。混凝土是进行道路桥梁建设施工中必不可少的关键材料。因此，在进行无损检测时，必须要对道路桥梁工程施工中选用的混凝土进行深入检查，无损检测方法中主要采用的方法就是机敏混凝土检测技术方法。该方法是在无损检测技术的基础上不断发展而来的。高紫君指出:“机敏混凝土检测技术与无损检测技术之间关系十分密切，二者之间的原理是相同的，并且该项技术能够提高原有检测工作的准确性，降低错误出现的几率。其检测方法的基本原理是结合纳米粒子以及短切碳纤维对混凝土的性质进行测试，测试的主要内容涉及到混凝土压敏性能以及力学性能。机敏混凝土检测方法根据混凝土在压力感应中具有的特定的变力以及强度开展相应的测试工作。”在对道路桥梁进行检测时需要用到机敏传感器，而机敏传感器也是根据上述原理进行设计的，在道路桥梁检测过程中使用机敏混凝土检测方法对道路桥梁工程的受力情况以及材料结构进行准确分析，从而达到相应的检测目标。

(二)光纤维技术。光纤传感器主要用于混凝土结构应力及变形等方面问题的测量。此外，施工技术人员采用光纤传感器对道桥运行健康状况进行检测，系统分析道桥整体结构。作为一种全新应变传感器的光纤传感器，在道桥工程中的具有较高的使用率，可利用预埋方式实时测量结构内部物理量，并采用对测量结构表面直接粘贴方法精准测量，可以对结构物的各种工作性能检测，如桥梁的振动，受冲击情况，及钢筋的锈蚀率，混凝土的剥落等。

(三)神经网络识别技术。神经网络识别技术大量应用于斜拉桥桥索的检测中，是一种数学方法。基本原理是基于人工神经网络法构造BP模型，在桥梁结构受力间建立映射，便可知其余桥索受力值。这就可以节约在检测中所耗的大量人力，物力，财力，也可以避免检测人员在工作中由于疲劳引发的检测误差。因此此方法是高效的方法。

(四)数字图像处理技术的应用。如今，几乎已经不存在与数字图像分析处理无关的技术领域了。数字图像处理技术检测是随着计算机学科、数学学科的发展而在测量学中开发成的新型技术。在检测时，图像作为信息的载体，利用计算机对获得的图像进行处理，从而对结构进行检测。该方法使得检测成本降低，提高了检测效率，加快了检测速度，同时也不受环境因素限制，并且在土木行业各个领域内应用广泛。此技术能对结构物进行实时动态检测，如结构的裂缝，位移等。

(五)弹性波层析扫描(CT)法。弹性波CT技术通过弹性波(P波)对被检断面进行扫描，测试的数据信号经解析、反演、重建得到能真实反映其结构内部情况不失真的弹性波速度分布图像，以达到检测结构物内部缺陷的目的。该方法原理是依据“走时成像原理”将速度函数信号作为投影数据，在有网格计算的数学模型下，利用同时迭代重建技术和约束最小二乘类算法等反演算法求解方程求出检测断面上弹性波速度的分布，即实现CT断层扫描成像，通过断面上弹性波(P波)速度的分布来评价混凝土的质量和判断混凝土内部可能存在的缺陷。

郝士华等人根据弹性波层析法检测原理，设计了可操作性的混凝土构件内部孔洞检测试验，其目的在验证弹性波层析法在工程检测中的有效性，现场对PC连续梁进行了无损检测。最后验证了该方法的可靠性并且完善了弹性波层析法无损检测的工作流程。

四、结语

综上所述,桥梁检测技术正在逐步发展，无损检测技术的出现有效的避免了传统工程检测方法对结构的二次破坏，可以详细地反映工程结构的损伤情况和安全性，从而为建筑工程的维护提供精确的预警和指标依据，能有效的提升对结构整体性能的掌握，并且能够及时发现安全隐患，对工程质量研究有重要意义。

随着我国社会经济的发展，在未来道路桥梁检测工作中会遇到更多挑战，我们需要不断提升自己，并且对无损技术的发展空间不断创新和拓展。