桥梁结构无损检测技术分析

桥梁结构无损检测技术分析

摘要:对当前国内外桥梁结构无损检测技术进行了述评,介绍了表观检测技术、计算机透析成像技术、光探测技术、声探测技术的原理,并分析了各自的优缺点。

关键词:桥梁结构无损检测述评

中图分类号:u416 文献标识码:a 文章编

号:1674-098x(2011)06(b)-0035-01

1 表观检测技术

通过检测人员的观察,对结构的外在形态进行调查,包括对桥梁整体与局部构造几何尺寸的量测、结构病害的检查与量测等。表观检测要达到定量反映桥梁结构状况,就得依据相关规范评定桥梁技术等级的要求。结构资料的调查包括了解桥梁的原结构设计、施工工艺及过程以及桥梁的结构维修养护历史等。对于钢筋混凝土桥梁来讲,主要是混凝土与钢筋的相关检测,包括混凝土的强度等级、碳化深度、与耐久性有关的含碱量和氯离子含量,以及钢筋的锈蚀状况、保护层厚度测试等。优点:表观检测是桥梁结构损伤诊断中最常用的方法;其最主要的优点为,直观明了,可及性强,并且经济实用。缺点:主观性强;费时;仅适合定性评价;效率低;内部损伤难以察觉。

2 计算机透析成像技术

ct扫描仪主要由探测器和信号源两大部分组成。其基本原理是,利用x射线穿透物体断面进行旋转扫描,收集x射线经某层面不同

物质衰减后的信息,进行放大和模数转换后,由计算机对ct探测空间范围内与某点相关的各个方向射线进行空间解算,得出与该点x 射线吸收系数直接关联的ct数,从而形成一幅物体断层的数字图像。ct图像中的黑白对比清楚地表明了被检测物体的密度分布,包括结构内部的孔洞、裂纹和其它缺陷。优点:成果直观;实施简便;分辨率高;经济;穿透深度大。缺点:作业成本较高;实现高信噪比的观测,具有一定的技术难度;射线防护困难。

3 光探测技术

3.1 红外热像仪检测技术

“红外热像仪检测”是:利用红外摄像机来生成一幅桥面温度图像,这种温度图像揭示了在阳光照射下混凝土裂层之上的桥面温度“热点”。这种温度较高的“热点”是由,薄的充满空气的裂层,就像绝热体一样,使得其上的混凝土的温度上升的更快些,而形成的。红外线检测技术是依据物体的红外辐射、表面温度、材料特性三者间的内在关系,借助红外热像仪把来自目标的红外辐射转变为可见的热图像,通过热图像特征分析,直观地了解物体的表面温度分布,进而达到推断混凝土的内部结构和表面状态的目的。

优点:红外热像仪检测技术可以非接触的测量,具有快速,高稳定性,设备轻便,后处理灵活,热成像图可以很好的反映温度的信息。缺点:影响物体温度的变量是相当多的,尤其天气的变化是一个很重要的原因,相关的改善措施还在摸索阶段。

3.2 光纤传感器检测技术

光纤传感技术是利用光纤对某些特定的物理量敏感的特性,将外界物理量转换成可以直接测量的光信号的技术。从20世纪70年代中期至今,光纤传感技术经过30多年的飞速发展已经有了很大的进步,已成功研制了百余种光纤传感器,它已涉及到国防军事、航天航空、工矿企业等各种领域。优点:由于光纤传感器是以光信号为变换和传输的载体,利用光纤传输信号,所以在桥梁局部损伤检测中,光纤传感器具有许多独特的优点:抗电磁干扰;具有极高的灵敏度和分辨率;便于成网,有利于与现有光通信技术组成遥测网和光纤传感网络;成本低;光纤是由石英玻璃制成的,是一种介质、绝缘体,且耐高压、耐腐蚀,能在易燃易爆的环境下可靠运行;光纤为无源器件,对被测对象不产生影响;光纤体积小,重量轻,可做成任意形状的传感器阵列;光纤传感器可重复使用,并且长期应用时可以进行自基准等。

缺点:因其价格昂贵,针对我国的国情该项技术在我国的桥梁检测中还难以推广。

4 声探测技术

声探测技术主要包括超声波探测技术、声发射检测技术和冲击—回声检测技术。声探测技术是目前发展最迅速的无损检测。

4.1 超声波探测技术

超声波探测技术利用声脉冲在缺陷处发生特性变化的原理来进行检测。超声波能够以一定的速度在某种材料中传播,直至遇到不连续点或抵达测试物的边界时才反射回来,通过信号的强度可以获

知损伤的程度,而将信号发生的时间和超声波在材料中的传播速度联系起来,则可以获知损伤的位置。

主要优缺点:(a)对结构混凝土本身材料组织构造和使用性能没有损害,可以直接对混凝土结构、构件进行强度的测定,运用预先建立的率定关系值,就能比较真实地反映结构混凝土各部位的实际强度;(b)应用超声波检测能全面地反映混凝土结构整体的强度和结构性能;(c)频率高,指向性比较好。传播能量大,对各种材料的穿透力较强。超声波的声速、衰减、阻抗和散射等特性,为超声波的应用提供了丰富的信息;(d)重复或复核检测方便,重复性良好;(e)适应性强、检测灵敏度高、对人体无害、设备轻巧、成本低廉,可及时得到探伤结果,适合在实验室及野外等各种环境下工作,并能对正在运行的装置和设备实行在线检查;(f)由于超声波的波长比较短,利用超声波成像技术进行检测的分辨率高,合理布置测线密度和反演网格单元就可以保证在测试区域内有足够的分辨率。

4.2 声发射检测技术

大多数结构材料在受力后出现如塑性变形、裂纹开裂、裂纹开展等微结构损伤时,就以声波的形式释放能量。它的优点是可以对处于荷载作用状态下的桥梁结构的内部材料和结构变化进行稳定的监视,并给出早期报警。

主要优点:(a)适用于实时动态监控检测,且只显示和记录扩展的缺陷,与缺陷尺寸无关;(b)对扩展的缺陷具有很高的灵敏度,其灵敏度大大高于其他方法;(c)具有整体性特点。在检验大型的和较长

物体的焊缝时,这种优越性更明显;(d)能进行不同工艺过程和材料性能及状态变化过程的检测;(e)aet技术受材料的性能和组织的影响要小些,例如材料的不均匀性对射线照相和超声波检测影响较大,而对aet技术则无关紧要,因此aet技术的使用范围较宽;(f)使用aet技术比较简单,现场声发射检测监控与试验同步进行,不会因使用了声发射检测技术而延长试验工期,检测费用也较低,特别是大

型构件的整体检测,其检测费用远远低于射线或超声检测费用,而

且可以整体、实时地检测和结果评定。

缺点:aet需要在特定荷载条件下进行,aet目前只能给出声发射源的部位、活度和强度,不能给出声发射源缺陷的性质和大小,对超声发射源,需要使用其他常规无损检测方法进行局部复检,以综合

判定其有没有危险,是否允许存在。

4.3 冲击—回声检测技术

冲击—回声检测技术是基于使用弹性冲击产生的瞬时应力波,在预留孔位置的混凝土表面利用一个短时的机械冲击产生低频的应

力波,应力波传播到结构内部,被缺陷表面或构件底面反射回来。因此,应力波在构件表面、内部缺陷表面或构件表面底部边界之间来回反射产生瞬态共振,其共振频率能在振幅谱中辨别出,用于确定

内部缺陷的深度和构件的厚度。

优点:冲击回波方法不仅可以测量物体的厚度,也可以确定物体

内部缺陷的位置及其延伸。该方法成功用于质量控制,辨认一个建筑物中的可疑点并对其定量。例如检测桥梁表层的分层,定位裂纹