常规桥梁结构无损检测技术对比分析

常规桥梁结构无损检测技术对比分析

作者：金虎

来源：《科技创新导报》2011年第17期

摘 要:对当前国内外桥梁结构无损检测技术进行了合理的分类,介绍了电磁波检测技术、GPS桥梁三维位移检测技术、机敏混凝土测试方法、电化学测试法、动力测试法及表观检测技术等,并对各种检测技术的原理、优缺点进行了分类述评。 关键词:桥梁结构无损检测技术对比

中图分类号:U416 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0076-01 1 电磁波检测技术

电磁探测技术主要包括探地雷达技术和涡流检测技术。

(1)探地雷达技术.利用高频电磁波,以脉冲形式通过发射天线被定向地送入地下,雷达波在地下介质中传播过程中,当遇到存在电性差异的地下目标体(如空洞,或钢筋)时,电磁波便发生反射,返回到地面时由接收天线所接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上,根据接收到的雷达波波形、强度、双程走时等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态,从而达到对地下隐蔽目标物的探测。

特点:能精确测定缺陷区的形状、大小和深度;节省劳力、操作方便、速度快;能在大范围内进行检测;不受周围环境影响。

(2)涡流检测技术.涡流检测技术的基本原理为电磁感应,主要应用于检测表面损伤。当检测线圈与导电材料的构件表面靠近,并通以交流电时,所产生的交变磁场将在构件表层产生感应电流,呈环形涡流状。电涡流的大小与分布受构件材料介质和表层缺陷的影响,根据所测电涡流的变化量,就可以判定材料表层的缺陷情况。

特点:涡流法对被检结构表面及近表面缺陷检测灵敏度高,具有快速、方便、无污染、成本低,在表面涂层、潮湿和水底等恶劣环境下也能开展检测工作,便于现场检测等优点。 2 GPS桥梁三维位移检测技术

GPS桥梁三维位移检测技术是利用接收导航卫星载波相位差分实时测定站点三维坐标的测量技术。其检测方法首先是在桥梁上均匀布置监测站点,然后在管理中心设置GPS基准站,并组建监控中心计算机系统。检测过程是:设置在管理中心的基准站根据接收的卫星信号,实时向各监测站发出分解算出的差分数据,供各监测站系统计算各自的坐标,各监测站计算出各自的坐标

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数据,并把测量数据传输到控制中心计算机系统,由计算机系统分析、计算。为了设置各监测站的状态,控制中心计算机系统还可以直接控制各监测站操作。

特点:GPS桥梁三维位移检测系统能24 h连续、实时自动地工作,监控桥梁在风荷载、温度变化、地震及车辆行驶作用下的位移状况,具有实时性高、采样数据量较大的特点,是较先进的桥梁工程无损检测技术。但目前GPS技术的位移量测精度仍然不够理想,特别是在海洋环境下精度会进一步下降,其动态测试的响应频率也有待提高。另外,设备的费用昂贵,测点不可能布置太多。

3 机敏混凝土测试方法

重大工程结构体积大、跨度长、使用期限长,传统的传感元件和设备组成的监测系统,性能、稳定性和耐久性,都不能很好地满足工程实际的需要。近年来研究和发展起来了诸如光纤、压电、碳纤维材料、纳米材料以及疲劳寿命丝箔等高性能、大规模分布式智能传感元件以及具有自感知、自增强和自修复特性的智能材料。机敏混凝土的压敏特性是指机敏混凝土电阻随压应变或压应力变化而变化的特性,通过测量机敏混凝土的电阻变化,就可预测混凝土的应变或应力。利用机敏混凝土的压敏特性,可以发展机敏混凝土应力-应变传感器。机敏混凝土具有较高的强度和较大的变形能力,因此,机敏混凝土既可以作为传感器埋在混凝土桥梁和隧道结构中,监测结构的受力状态,也可以作为结构材料制作桥梁和隧道的结构构件。

特点:机敏混凝土具有自感知、自适应以及自修复等3个特性,不过目前桥梁工程中智能混凝土的实际研究还主要以自感知以及自适应的为主,对于结构的修复特点将是以后研究工作的重点和难点。 4 电化学测试法

电化学方法的测试原理是通过测定钢筋混凝土腐蚀体系的电化学特性,来确定混凝土中钢筋锈蚀程度或速度。混凝土中钢筋锈蚀是一个电化学过程,电化学测量是反映其本质过程的有力手段。

特点:与分析法或物理方法相比,电化学方法还有测试速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位测量等优点,因此电化学方法得到了很大的重视和发展。目前在实验室已成功用于检测混凝土中钢筋的腐蚀状态和瞬时腐蚀速度,并已尝试用于现场检测。

半电池电位法是钢筋锈蚀检测的3种电化学方法中既简单、经济、易行,又研究最早、应用最广泛的一种钢筋锈蚀检测方法。其基本原理是:钢筋锈蚀时,在钢筋混凝土表面形成阳极区和阴极区,在这些具有不同电位的区域之间,混凝土内部将产生电流。钢筋和混凝土的电化学活性可以看作是半个弱电池组,钢筋的作用是一个电极,而混凝土是电解质。

在半电池电位法测量中,要严格遵守操作规程,因为环境相对湿度、水泥品种、水灰比、保护层厚度、碳化深度等因素,都会对测量结果产生影响。所以该方法较多地应用于钢筋锈蚀度

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的定性测量,还无法定量监测混凝土中钢筋的锈蚀率。钢筋的检测是一种综合评定的方法。为了进一步了解钢筋锈蚀对结构耐久性的影响以及更有效地提供保护措施,通常有必要通过其它试验来进一步分析钢筋锈蚀的成因,钢筋锈蚀的速率等,这些试验方法包括测量混凝土的电阻率、pH值和碳化深度,测量钢筋保护层的厚度等多种参数,对结构所处的大气、雨水、海水成分等环境相结合进行评估,这部分工作可定期通过养护检查来解决。

特点:由于桥梁中对于钢筋腐蚀的资料没有很好的综合总结,而且各地的气候差异较大,导致目前国内的评判标准难以确定,目前交通部《公路桥梁承载能力检测评定规程》对此进行了相应的规定,不过由于上述原因,该方面的工作还有待进一步深入开展。

国内科研单位和公司有不少产品,例如SW-3C钢筋锈蚀检测仪、PS-6型钢筋锈蚀测量仪等诸多品牌的半电池电位计设备。 5 动力测试法

动力测试法就是通过测量桥梁的振动信号,提取与桥梁特性有关的特征参数,利用其对桥梁的整体和部分结构进行评估,得到桥梁的实际工作状态的方法。

特点:动力测试方法具有简便、快速、无损、测试数据的获取条件与工作条件相近等优点。主要缺点是结构动力参数直接用于桥梁承载力定量鉴定还不太成熟,研究成果多集中于室内模型试验或理论分析,距实用还有一段距离。 6 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。表观检测的项目和要求,对不同的桥型有不同的侧重点。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。

除此之外,常规方法还有计算机透析成像技术、光探测技术、声探测技术等,可参看相关文献。