无损检测在桥梁施工中的应用

无损检测在桥梁施工中的应用

【摘 要】桥梁安全问题的重要性在实际应用中逐渐显现，桥梁检测也具有多种有效手段，无损检测作为较为可行的方法逐渐成为首选方法。超声波探测、机敏混凝土检测、声发射、振动及电化学测试等技术随着科技的发展逐渐成熟，并在桥梁检测中应用发挥了十分重要的作用。

【关键词】桥梁施工；无损检测；桥梁安全

0.前言

对于一个区域甚至是一个国家而言，很多大型桥梁都是标志性建筑，也是重要的交通枢纽，与社会经济发展具有重要关系。所以，桥梁安全、正常使用及耐久性备受广泛关注。随着近年来不断增多的桥梁工程老化、结构损伤及病害事故，开展桥梁无损检测技术相关研究日益成为一个研究热点。

1.各国桥梁概况

美国是一个公路大国，共有50余万座有公路桥梁，主要结构为钢桥梁，其余依次为混凝土、预应力混凝土桥。存在结构性缺陷的约占三分之一，最严重的就是钢桥，占存在缺陷桥梁的近一半左右，每年需投入50亿元用于缺陷桥梁的修复。英国曾于1990年对200座混凝土公路桥进行抽样调查，结果显示，约有三分之一的桥梁存在不良运营情况，每年需投入6000万英镑用于对这些桥梁的修复。我国近年来对桥梁的调查结果显示，约有超过1万座的危桥，对人们生命财产安全产生严重安全隐患。有关桥梁专家认为超过25年以上使用的桥梁都进入老化期，我国桥梁近一半都属于此列，国家每年用于桥梁结构修复的经费非常庞大。

2.桥梁无损检测技术

无损检测技术是基于对桥梁结构或构件性能不产生影响，利用对一些物理量的测定对桥梁结构或构件性能进行判断的一种检测方法。无损检测技术在桥梁工程中与混凝土无损检测技术具有十分密切的关系，随着不断发展的桥梁技术，科学评估桥梁损伤发展趋势及寿命，为桥梁维护提供重要依据是该技术应用的主要目标。在桥梁工程中的应用无损检测技术经历的时期较长，尽管在桥梁中产生结构安全性问题不断增多，但应用先进的无损检测技术尚未得到应有重视，桥梁检测还沿用常规检测技术，无损检测技术只是外观检测中一个补充手段而应用较少。在无损检测方法中，超声波探测、机敏混凝土检测、声发射、振动及电化学测试等技术随着科技的发展逐渐成熟，并在桥梁检测中应用发挥了十分重要的作用。

3.桥梁无损检测方法

3.1机敏混凝土检测方法

该方法是将短切碳纤维或纳米粒子掺入混凝土中，使混凝土具有良好的力学性能与压敏特性。压敏特性主要是指机敏混凝土电阻随压应力或压应变变化的特性，对机敏混凝土电阻变化的测量，能够对混凝土应力或应变进行科学预测，利用该特性能够研制机敏混凝土应力-应变传感器。机敏混凝土强度及变形能力都较大，所以，不仅能够作为传感器埋于混凝土隧道或桥梁结构中，对结构受力进行监测，也能作为结构材料用于桥梁或隧道结构构件的制作。目前机敏混凝土还主要是科研，在实际桥梁中应用不多。

3.2声发射检测方法

声发射是指材料受外加荷载等因素的作用，因从局部源快速释放能量而产生瞬态弹性波的现象。通过仪器对声发射信号进行探测、记录、分析，并利用声发射信号对声发射源进行推断的技术被称为声发射检测技术。该技术用于无损检测可实现以下四个目的，一是能够对声发射源部位进行确定；二是能够对声发射源性质进行分析；三是对声发射产生时间或荷载大小进行确定；四是根据有关标准对声发射源的严重性进行评定。该监测方法优势比较明显，检测能够实现实时动态监控，可对扩展缺陷显示记录，与缺陷尺寸无关。灵敏度明显高于其它检测方法，尤其是在对大型物体检测时优势更为突出。

3.3电化学测试方法

该方法是利用混凝土中钢筋锈蚀的电化学反应产生的的电化学变化对钢筋锈蚀状况进行来评价。“参比电极”的“半电池电位法”目前应用较多，主要是利用电阻及混凝土碳化深度对桥梁结构锈蚀进行综合评估。目前广受关注的热点就是钢筋混凝土的结构耐久性，由于很多老建筑物尤其是桥梁、房屋建筑等长期处于露天环境，应用几年后，因建造时混凝土密实度不够，混凝土表面并在过程中受荷载等因素作用容易产生细小裂缝而增大混凝土碳化速度，并降低其碱性，钢筋锈蚀在碳化深度接近保护层厚度时将增大可能性。在总腐蚀损伤上基础设施腐蚀损失的比例较大，尤其是桥梁的钢筋混凝土基础设施。

3.4动力测试方法

该方法是利用对桥梁的振动信号进行测量，采集桥梁特征参数以用于评估桥梁结构，并获得桥梁工作状态的一种测试方法，具有无损、迅速便捷、测试数据比较准确等优点，但因鉴定桥梁承载力定量结构的动力参数研究成果还处于试验极端，与实际实用存在一定的差距。测试技术、信号处理等内容比较丰富，主要包括冲击回波、模态参数等检测方法，利用监测桥梁振动，可加深对桥梁振幅在外力作用下的了解，便于结合结构对车流量等活荷载的控制进行响应。此外，测试结构响应能够获得模态振型、频率、阻尼等参数的结构自振特性，主要用于对桥梁进行长期观测，这些参数的变化可显示出结构安全状况。目前在桥梁中该测试方法应用比较广泛，随着不断提高识别桥梁结构动力的精度，应用于桥梁自身的结构动力参数对于评估其安全健康还有待于深入研究。

4.桥梁无损检测技术的应用

在成熟桥梁中应用机敏混凝土较少，随着不断深入开展机敏混凝土的研究，未来将逐步广泛应用。在国内声发射监测方法还没有较多的成功案例，在国外成功实例相对较多。目前，电化学测试方法在桥梁检测中已广泛应用，对于年久且具有钢筋锈蚀可能性的老旧桥梁，都要检查桥梁的钢筋锈蚀情况。

5.总结

综上所述，随着大型桥梁逐渐增多的结构安全性问题，有力促进了无损检测技术的快速发展，无损检测技术具有广阔的发展前景，可将其作为新桥设计中的一项重要内容，研发质优价廉的桥梁自检测系统。与桥梁健康监测系统相融合，有机统一桥梁管理、智能监测与评估系统。国外开展损伤诊断研究已有数十年，国内相关刚刚起步。无损检测方法的很多技术比较成熟，优势也较为明显，但在桥梁检测中应用还需不断进行完善，所以该方法应结合实际将相同问题采用不同方法进行诊断，才能获得比较准确的结果。 [科]

【参考文献】

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