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「无损检测」桥梁无损检测关键技术的分析及展望

时间:2020-09-30 17:21:48来源:开来检测作者:检测认证咨询打印字号:
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桥梁无损检测
摘要:桥梁检测工作是桥梁工程质量管理的重要组成部分,是质量控制的重要技术手段。本文介绍了表观检测技术、红外热像仪检测技术、光纤传感技术、计算机透析成像技术的原理,并分析了各自的优缺点原理,改善对策以及未来的发展趋势。 
中图分类号:K928.78文献标识码:A 文章编号: 
  随着我国经济的发展,道路和桥梁建设也不断增加,新结构、新材料、新工艺不断涌现,但在注重大力发展建设的同时,已有的道路和桥梁结构的使用荷载日益增大,大批道路与桥梁相继进入老化期。因此,为了确保道路和桥梁结构的安全运营,对道路和桥梁检测工作提出了更高的要求,道路和桥梁检测工作亦由此愈发显得重要。要合理评价桥梁的健康状况,首先必须正确认识桥梁在不同环境下的结构特性及对结构中既有损伤的识别与定位。较为准确而定量的桥梁状况数据,必将导致较好的决策和资源的更合理配置,无损检测技术正是顺应这一要求而发展起来的。 
 

  一、无损检测理论简介 

  无损检测技术是指以不损害结构构件受力性能或使用性能的前提下,直接在构件上通过测定某些特定参数来推定结构构件的受力性能、内部缺陷、组织结构耐久性能等,进而对建筑结构,在特定应用条件下的适用性、安全性和可靠性进行评价的一项科学技术,它是多种学科紧密结合的高科技产物。现代材料科学和应用物理学的发展为无损检测技术奠定了理论基础,而现代电子技术和计算机科学的发展又为无损检测技术提供了现代化的测试工具和快捷,高效的测试语言和工作平台。 
 

  二、无损检测方法的分析 

  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光纤传感技术 

  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信号的技术。从70年代中期至今,光纤传感技术经过20多年时间的飞速发展,已经有了很大的进步,已成功研制百余种光纤传感器。它已涉及到国防军事、航天航空、工矿企业、能源环保、生物医药、计量测试、自动控制和家用电器等各种领域。将光纤传感器应用于桥梁测量中,可实现对桥梁钢索的索力及预应力连续混凝土梁内部应力、应变特性的测量和监测,构成所谓的光纤智能桥梁。光纤传感器与传统的传感器相比主要差别在于:传统的传感器是以应变-电量为基础,以电信号为转换及传输的载体,用导线传输电信号,因而使用时受到环境的限制,如环境湿度太大可能引起短路,特别是高温和易燃、易爆环境中易引起火灾等。光纤应变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,它的优点是: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;光纤传感器的载体是光。我国从90年代就开始了对光纤传感技术的应用研究,从而把光纤传感技术运用到桥梁检测中,给桥梁健康监测和安全评价注入了新的活力。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。 
 

  3 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。 
 

  4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,穿透深度大等。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。 
 

  三、促进与改善道路和桥梁无损检测的思路方法对策 

  1依靠现代科技对行业检测技术进行突破通过对以上四种较先进的无损道路和桥梁检测技术的分析,从中不难发现其有一个共同的特点:这些技术大多首先是从国外引进,因此其价格都比较贵, 在我国进行大范围的运用推广存在一定的难度。针对该情况,为使该技术能在我国得到广泛应用,除了必须掌握该类检测技术外,还应尽可能根据我国国情进行自主技术创新,使我国的道路和桥梁检测技术在国际上有所突破。 
  2促进行业检测设备的研究与开发,虽然我国检测技术也在不断进行研究, 在有些领域也取得了一些成绩,但多数检测技术研究均是跟在人家的后面,很多是依赖别国,就很难开发出适合我国国情的产品。因此,在今后的研究中,研究人员不仅需要从原理上掌握检测技术,而且要从制作工艺,产品开发等方面着手研制高性能,低价格的检测技术产品以满足国内的市场需求。从而使这些现代的检测技术在我国得到广泛应用。 
  3完善行业检测的内容,道路和桥梁工程是由点、线、面所组成呈带状分布的系统工程,它涉及的内容比较多、范围比较广,通常有路基、路面、桥涵、隧道等多种结构物。以上提到的检测技术仅仅是在道路和桥梁工程的一小范围内得以运用, 还有许多新的项目检测技术有待于研究开发,使其可以运用在道路和桥梁工程领域的不同方面。如利用检测设备对桥梁的桥面结构、混凝土桥梁结构、钢桥结构、桥梁的下部结构、道路路基路面结构密实度、挡土墙病害检测以及对桥梁地基基础结构等多方面进行全方位的检测。从而不仅使行业的检测技术领域得到发展,而且使被检测的内容也得以完善与补充。 
 

  三、道路和桥梁无损检测技术的发展趋势 

  无损检测技术在道路和桥梁工程中的应用,经历了相当长的一段时期,就像通常的一门技术一样经历研究、开发、应用等不同阶段。但若想使某行业得到及时快速的发展则必须不断地对该行业的内在发展潜力和发展趋势进行分析与预测,对行业一些需急于解决的技术问题应做出发展设想与研究以求得到较好的经济效益,道路和桥梁无损检测行业技术的发展趋势: 
  (1) 路线横段面设计中土石方比例以及挡土墙埋至深度的确定其检测技术的研究与开发; 
  (2) 探地雷达在路线勘测设计以及挡土墙埋至深度检测确定中的应用研究; 
  (3) 利用远红外热成像检测道路和桥梁结构的损伤识别; 
  (4) 运用全球定位系统( GPS) 测量桥梁变形,运用TRIP钢传感器对桥梁超载进行测量和监测等; 
  (5) 用强迫振动响应法定量评估桥梁下部结构,用激光振动计测量斜拉索索力以及量化的无损检测; 
  (6) 利用超声波检测路面路基密实度以及平整度等; 
  (7) 用微波技术对疲劳裂纹进行探测和定量分析等; 
  (8) 将无损检测纳入新桥设计的一部分。 
  无损检测技术随着科学技术的发展而发展,是先进科学技术的融合结晶。无损检测技术促进了建筑工业以致整个经济的发展,从深层次上讲,无损检测技术水平可以作为衡量一个国家工业和经济的发展程度,以及科学技术发展水平高低的标志之一。同时,无损检测技术是一门多学科的综合性的应用技术在无损检测技术的应用中应善于把基础理论与工程实际相结合,大胆创新,提高道路和桥梁养护管理科学化水平,才能不断完善和发展。 

  参考文献: 

  [1] 庞游江,桥梁无损检测技术的应用与修补方法[J]. 交通世界(建养.机械), 2011,(07) 
  [2] 刘沐宇,袁卫国. 桥梁无损检测技术的研究现状与发展[J]. 中外公路, 2002,(06) 
  [3]潘长胜,赫广伟. 桥梁检测技术及其发展趋势简述[J]. 黑龙江交通科技, 2009,(04) 


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