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1、21第二章第二章 桥梁结构质量现场检测桥梁结构质量现场检测2.1 概概 述述20 世纪中叶以来，随着科学技术的快速发展，特别是随着我国公路建设投资规模的加大，桥梁建设事业得到了突飞猛进的发展，先后在长江、黄河、珠江等河流上建成了一大批大跨径，深水基础的桥梁，各种桥式的跨径纪录不断刷新，使我国在长大跨径悬索桥、斜拉桥、拱桥和连续刚构桥建设方面跨入世界先进行列。由于桥梁建设规模越来越大，大型桥梁在国民经济和社会生活中的地位与作用越来越重要，人们对这些大型桥梁的施工质量，安全性以及正常使用功能日渐关注，围绕桥梁结构质量检测开展了大量的工作，并逐渐形成了一套系统。桥桥梁梁结结构构质质量量检检测测的的主
2、主要要依依据据 公路桥梁工程的检测应以国家和交通部颁布的有关桥梁工程的法规、技术标准、设计与施工规范，材料试验规程等为依据。对于某些新结构以及采用新材料和新工艺施工的桥梁，有关的公路桥梁工程规范、规程暂无相关条款规定时，可以借签国内其他行业的相关规范、规程的有关规定。设计文件也是依据之一。桥梁结构质量检测的主要内容桥梁结构质量检测的主要内容 桥梁检测的工作内容比较多，涉及到很多方面。从方法上来讲，分为静载试验、动载试验和无损检测；从时间上来看，分为短期试验和长期试验；从进行的时期来看，分为施工过程中的检测、施工完成（成桥）的检测和运营阶段的检测；从结构的施工方法上来看，分为预制结构（混凝土预制
3、板或梁、钢桥节段等）的质量检测和现场浇注混凝土结构的质量检测。但是，不管分类方法如何，它们都属无损检测。其主要内容包括：材料和结构的外形外观检查、混凝土和钢结构用材料的力学性能、混凝土和钢结构的无损检测、钢结构的焊缝焊接质量、结构的变形与受力状态以及既有桥梁结构健康监测系统等。桥梁无损检测技术的现状桥梁无损检测技术的现状 传统的桥梁检测方法主要依赖于动静载试验和检测人员的现场目检，辅以混凝土硬度实验、超声波探测、腐蚀作用实验等多种检测手段。观察法是桥梁检测中最古老的方法，主要依赖于专家的感性和定性的经验分析，常会因为专家的主观意愿而有失客观，不能完全正确评判结构的损伤状况。静载试验是一种经常被
4、采用的桥梁检测方法，由试验测得的挠度和应变，辅以检测人员的现场目测，来综合评判桥梁的现时状况。22裂纹的探测是桥梁检测中一个重要的方面，常用的方法有：液体渗透、磁分子、涡流仪、超声波和声发射等。探测钢桥体积缺陷一般用 X 射线摄像法，检测混凝土桥的总体技术是荷载试验和模态分析，其局部检测技术有超声波、冲击反射、磁电阻抗、锈蚀势能、远红外热像、地面渗透雷达、X 射线摄像和声发射等。桥梁无损检测技术的最新发展及展望桥梁无损检测技术的最新发展及展望 近年来，致力于桥梁检测，研究人员提出了许多成功的方法对桥梁进行非破坏性评估。一些新的方法被广泛应用于桥梁检测，如利用相干激光雷达测试桥梁下部结构的挠度，
5、利用全息干涉仪和激光斑纹测量桥体表面的变形状态，利用双波长远红外成像检测桥梁混凝土层的损伤，利用磁漏摄动检测钢索、钢梁和混凝土内部的钢筋等等。随着振动实验模态分析技术的发展，运用振动测试数据进行结构动力模型修正理论得到了充分的发展，为桥梁结构的安全检测开辟了新的途径。最近，美国联邦公路总署对公路桥梁无损检测技术提出了一个比较大的研究与开发计划，涉及到许多新技术和研究课题。已经启动的研究项目有：1）先进的桥梁测试和健康监测系统，包括全桥监测系统的无线电发送、用精确的差分式全球定位系统（GPS）测量桥梁变形、用 TRIP 钢（这种钢具有特殊的化学成分，其在晶体结构中经受与应变峰值成比例的恒定变化，
6、其从非磁性变化为磁性）传感器对桥梁超载进行测量和监测等。2）先进的疲劳裂纹探测和评估磁铁，包括检测桥梁裂纹用的新型超声波和磁分析仪系统、热成像系统、便携式声发射系统、无线应变测量系统、微波探测和定量分析、无源疲劳荷载测量设备和电磁一声发射传感器等。3）先进的锈蚀探测和评估技术，包括磁漏探测技术、探测后张法压浆空隙的冲击一反射系统、埋入式锈蚀微传感器及以磁为基础的测量系统。4）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及量化的无损检测方法。此外，该研究计划还包括许多探索性研究，如声发射技术的基础性研究，磁力控制传感器的研究，光纤和其他微传感器的研究，用微波技术对疲劳裂纹进行
7、探测和定量分析的研究等等。这些研究工作必将为桥梁无损检测技术开拓新的发展空间，推动无损检测技术的飞跃。23无损检测方法必须建立在被检测的某些性能与适当的物理量之间相互关系的基础上。一般采用两种方法，一是建立在大量试验基础之上的归纳法，即是用回归分析方法确定检测性能与要评价量之间的经验关系。这种方法不仅工作量巨大，受限制的客观因素多，而且常有一定的主观盲目性，主要用于无损检测技术的初期的理论研究。另一种是以基础科学的基本原理为依据的演绎法，以要评价量与物理量之间的理论联系为基础进行逻辑推理，从理论上确定其间的相互关系，然后再作适当的试验验证。这种方法已经被认为是无损检测技术理论研究方向极具前途的
8、方向。近年来，高灵敏传感系统（如红外、微波、射线等系统）的不断出现，使无损检测技术的传感系统向多元化、智能化的方向发展，使检测仪器向专用化、小型化、一体化、集约化的方向发展。另外，由于科学技术的发展，学科交叉的现象日益普遍，特别是将一些高新技术的最新研究成果应用于无损检测技术的研究，必将推动该技术的飞速发展，这也是值得我们关注的一个方向。本章主要介绍混凝土桥梁的无损检测，半破损检测，通过无损和半破损检测技术来检测混凝土的强度、弹性模量、裂缝的深度。钢筋位置和保护层厚度等；钢结构的无损检测，通过超声波探伤、射线探伤来检测材料内部及表面缺陷；预应力混凝土结构的检测，主要对施加预应力的材料、张拉设备
9、及张拉控制方法等进行检测，从而评定预应力混凝土结构的质量。2.2 混凝土结构无损检测混凝土结构无损检测混凝土结构无损检测技术是桥梁检测技术中一项重要的内容。所谓混凝土无损检测技术，是在不破坏混凝土内部结构和使用性能的情况下，利用声、光、热、电、磁和射线等方法，测定有关混凝土性能的物理量，推定混凝土的强度、缺陷等的测试技术。混凝土无损检测技术与破坏试验方法相比，具有不破坏结构的构件、不影响其使用性能、可以探测结构内部的缺陷、可以连续测试和重复测试等特点。应用混凝土无损检测技术、可以检测混凝土的强度、弹性模量、裂缝的深度和宽度，可以检查钢筋的直径、位置和保护层厚度，并可以探知混凝土的碳化程度、钢筋
10、的锈蚀程度和混凝土构件的尺寸等参数。混凝土无损检测技术，对于进行施工质量检查24与管理，进行既有结构的养护维修管理，评定既有混凝土结构的强度、耐久性及损伤程度是非常重要的。2.2.1 混凝土结构无损检测技术的形成与发展混凝土结构无损检测技术的形成与发展无损检测技术是指在不影响结构或构件性能的前提下，通过测定某些适当的物理量来判 断结构或构件某些性能的检测方法。无损检测技术是多学科紧密结合的高技术产物，现代材料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。桥梁工程中无损检测技术的形成和发展与混凝土无损检测技术的发展密切相
11、关。早在 20 世纪 30 年代初，人们就已开始探索和研究混凝土无损检测方法，并获得迅速发展。1930 年首先出现了表面压痕法；1935 年格里姆（G.Grimct） 、艾德（J.M.Ide）用共振法测量混凝土的弹性模量；1949 年加拿大的莱斯利（Leslie）和奇斯曼（Cheesman） 、英国的琼斯（R.Jones）等运用超声脉冲法获得成功，这些研究为混凝土无损检测技术奠定了基础。随后，许多国家也相继开展了这方面的研究，并取得了丰硕的研究成果，从而形成了一个较为完整的混凝土无损检测体系。桥梁无损检测技术正是在此基础上发展而形成的，并在实际工程应用中得到了快速发展。20 世纪 80 年代以
12、来，这方面的研究工作方兴未艾，尤其值得注意的是，随着科学技术的发展，无损检测技术突破了原有的范畴，出现了许多新的测试方法，例如微波吸收、雷达扫描、红外热谱以及脉冲回波等新技术。随着无损检测技术的日臻成熟，许多国家开始了这类检测方法的标准制定工作，如美国的 ASTM、英国的 BSI 均颁布了有关标准，这些工作对无损检测技术的工程应用起到了良好的促进作用。进入 20 世纪 90 年代，随着现代传感与通信技术的发展，无损检测技术更是出现了前所未有的发展势态，先后涌现出一大批新的检测方法和检测手段，使无损检测技术向着智能化、快速化、系统化的方向发展。2.2.2 混凝土结构无损检测技术的适用范围混凝土结
13、构无损检测技术的适用范围混凝土结构无损检测技术在桥梁工程中应用的主要目的有结构混凝土的强度、25内部缺陷及其它性能检测。1结构混凝土的强度检测在工程实践中，需要运用无损检测方法推定混凝土的实际强度，主要有如下几种情况：1）在施工过程中，由于管理、工艺或意外事故等原因影响了混凝土质量，或预留试块的取样、制作、养护、抗压试验等不符合有关技术规程或标准的规定，以致预留试件的强度不能代表结构混凝土的实际强度时，可以采用无损检测方法推定混凝土强度，作为混凝土合格性评定及验收依据。2）当需要了解混凝土在施工期间的强度增长情况，以便进行拆模、吊装、预应力筋张拉或放张等后续工序时，可运用无损检测方法连续监测结
14、构混凝土强度的发展，以便及时调整施工进程。同时，无损检测方法也可作为施工过程中质量控制的重要手段。3）对于既有桥梁结构，在使用过程中，有些桥梁已不能满足当前通行荷载的要求，有些桥梁由于各种自然原因而产生不同程度的损伤与破坏，有些桥梁由于设计或施工不当而产生各种缺陷。对于这些桥梁的维修、加固、改建，可通过无损检测方法推定混凝土强度，以便提供加固、改建设计时的基本强度参数和其它设计依据。2结构混凝土内部缺陷的检测所谓混凝土的缺陷，是指那些在宏观材质不连续、性能参数有明显变异，而且对结构的承载能力和使用性能产生影响的区域。即使整个结构的混凝土的普遍强度已达到设计要求，这些缺陷的存在也会使结构整体承载
15、力严重下降，或影响结构的耐久性。因此，必须探明缺陷的部位、大小和性质，以便采取切实的处理措施，排除工程隐患。混凝土缺陷的成因十分复杂，检测要求也各不相同。混凝土缺陷现象大致有：内部空洞、蜂窝麻面、疏松、断层（桩） 、结合面不密实、裂缝、碳化、冻融、化学腐蚀等。混凝土缺陷的无损检测方法主要有超声脉冲法、脉冲回波法、雷达扫描法、红外热谱法、声发射法等等。除了强度和缺陷检测以外，混凝土还有许多其它性能可用无损检测方法予以测26定。其它性能主要是指与结构物使用功能有关的各种性能。主要有碳化深度、保护层厚度、受冻层深度、含水率、钢筋位置与钢筋锈蚀状况、水泥含量等。现代工程结构物所处的环境越来越复杂，对其
16、它性能的要求越来越高，人们也越来越清楚地认识到其它性能与强度相关性的局限性很大，强度高未必其它性能就好，因此，其它性能的无损检测技术正引起重视。常用的检测方法有共振法、敲击法、磁测法、电测法、微波吸收法、中子散射法、中子活化法、渗透法等。2.2.3 混凝土强度的无破损法混凝土强度的无破损法混凝土的强度是指混凝土受力达到破坏极限时的应力值。因此，要准确测量混凝土的强度，必须把混凝土试件或构件加载至破坏极限，取得试验值后试件已被破坏。而结构混凝土强度的无破损测试方法，就是要在不破坏结构或构件的情况下，取得破坏应力值，因此只能寻找一个或几个与混凝土强度具有相关性，而测试时又无损于混凝土受力功能的物理量作为混凝土强度的推算依据。所以无破损检测方法所得强度值，实际上是一个间接推算值，它和混凝土实际强度的吻合程度，取决于该物理量与混凝土强度之间的相关性。无破损法以混凝土强度与某些物理量之间的相关性为基础，检测时在不影响结构或构件混凝土任何性能的前提下，测试这些物理量，然后根据相关关系推算被检测混凝土的标准强度换算值，并据此推算出强度标准值的推定值或特征强度。属于这类方法的有
