秦琦媛

河南省國(guó)安建筑工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司（450000）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)橋梁的強(qiáng)度高、綜合效益好，在我國(guó)橋梁中占據(jù)重要地位，其質(zhì)量和使用壽命直接影響交通運(yùn)輸安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 過(guò)去，由于我國(guó)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)方面經(jīng)驗(yàn)不足，運(yùn)維意識(shí)缺乏，隨著使用年限增長(zhǎng)，很多橋梁出現(xiàn)了不同程度的疲勞開裂現(xiàn)象，造成安全隱患。因此，為了盡量避免和減少橋梁事故的發(fā)生，應(yīng)該對(duì)在役和在建鋼結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行定期無(wú)損檢測(cè)。

1 概述

無(wú)損檢測(cè)，又稱為無(wú)損探傷，是在不損害檢測(cè)對(duì)象的前提下，利用物質(zhì)的聲、光、磁、電等特性，探查檢測(cè)對(duì)象各項(xiàng)性能及參數(shù)等是否正常的探傷技術(shù)。 相較于在橋梁上隨機(jī)鉆孔取樣分析的傳統(tǒng)方法，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)既能夠保障檢測(cè)對(duì)象不受損害，又能對(duì)其進(jìn)行整體且深入的全面檢測(cè)。

我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁主要是由正交異性鋼橋面板焊接而成，焊接部位多，殘余應(yīng)力大；主要隱患是焊接工藝存在問(wèn)題以及荷載反復(fù)作用下形成的疲勞裂縫。 這些隱患產(chǎn)生的原因主要有三點(diǎn):①焊接水平參差不齊，在施工中出現(xiàn)未焊透、未熔合、燒穿、氣孔等問(wèn)題；②構(gòu)件連接部位在主應(yīng)力重復(fù)作用下導(dǎo)致的疲勞裂紋；③構(gòu)件細(xì)節(jié)受到外在荷載或是震動(dòng)作用引發(fā)變形。 如此來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)橋梁裂縫是無(wú)法回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。 現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)的內(nèi)容包括：橋梁構(gòu)件是否存在銹蝕、起皮、油漆剝脫現(xiàn)象；焊接縫、構(gòu)件是否存在明顯扭曲、穿孔、硬彎、夾層等缺陷；特別是桿件接頭、鋼材相互交叉處以及擰得過(guò)緊的螺絲處，更易因應(yīng)力集中而產(chǎn)生疲勞裂紋。

2 無(wú)損檢測(cè)的具體應(yīng)用

2.1 在役鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測(cè)

在役鋼結(jié)構(gòu)橋梁是指已經(jīng)投入使用多年的橋梁。車輛行駛產(chǎn)生的振動(dòng)以及鋼材承壓等因素導(dǎo)致在役鋼結(jié)構(gòu)橋梁出現(xiàn)老化、裂紋等問(wèn)題，很多裂紋非常細(xì)小且被灰塵覆蓋，僅靠肉眼觀察的方式難以辨別小于0.1 mm 及垂直于主應(yīng)力方向的裂紋，不及時(shí)修補(bǔ)裂紋就會(huì)變大， 產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患，因此，在役鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)定期進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。 先進(jìn)行目視檢查，然后用砂紙等擦除附著在表面的油漆和鐵銹，以磁粉或著色滲透液檢測(cè)的方式進(jìn)一步探傷，以盡早地消除安全隱患。

2.2 在建鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測(cè)

導(dǎo)致在建鋼結(jié)構(gòu)橋梁產(chǎn)生裂縫的原因，一方面是本身所用鋼材質(zhì)量不合格，自帶裂紋；另一方面是施工不當(dāng)。 一般而言，建鋼結(jié)構(gòu)橋梁裂縫主要集中于焊縫或是應(yīng)力集中處。 因此，當(dāng)工程施工結(jié)束后，通常會(huì)在100%超聲波檢測(cè)基礎(chǔ)上， 實(shí)施30% X 射線檢測(cè)，原則上是在焊縫接頭的起始兩端各加拍一張照片，且需對(duì)抽查中的不合格處進(jìn)行加倍拍片探查，直到焊縫得到完全檢測(cè)，以避免后期產(chǎn)生裂縫。

3 鋼結(jié)構(gòu)橋梁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、射線檢測(cè)、超聲檢測(cè)、渦流檢測(cè)是無(wú)損檢測(cè)的五種常用技術(shù)，其中磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)僅能夠探查表層裂縫，局限性明顯；射線照相技術(shù)、超聲波探傷技術(shù)、渦流檢測(cè)技術(shù)可在一定程度上探查鋼橋內(nèi)部缺陷，使用較為廣泛。 近年來(lái)，也有一些新的無(wú)損探傷技術(shù)，如聲發(fā)射探傷技術(shù)，已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用。

3.1 磁粉檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)鋼材被磁化后，其表面裂紋會(huì)破壞磁場(chǎng)的連續(xù)性。 在被磁化的鋼材表面均勻地撒上磁粉，如果鋼材表面或表面附近有裂縫，就會(huì)有部分磁束流漏入裂縫間隙和表面空氣中，使得被撒在鋼材表面上的磁粉被吸附到裂縫磁束流中，因此可通過(guò)漏磁部位判斷裂縫位置、形狀和大小。 磁粉檢測(cè)操作簡(jiǎn)便，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)力，因此在鋼結(jié)構(gòu)橋梁無(wú)損檢測(cè)中被廣泛應(yīng)用。 這一技術(shù)的不足之處在于主要適用淺表檢測(cè)，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的部分材料為奧氏體不銹鋼或鋁合金等無(wú)法磁化的金屬、 傾斜角超過(guò)30%或缺陷埋藏較深時(shí)，就不宜采用磁粉檢測(cè)技術(shù)。

3.2 滲透檢測(cè)技術(shù)

首先將檢測(cè)對(duì)象表面的油漆、灰塵、油泥等處理干凈，之后用噴霧器或是刷子在對(duì)象表面覆蓋著色劑或熒光染料。 當(dāng)鋼材有裂縫時(shí)，著色劑或熒光染料就會(huì)滲透下去，經(jīng)干燥或添加顯像劑（干燥劑）后，再用紫外線等特定光源照射時(shí)，就會(huì)清晰暴露裂縫的位置、形狀和大小。 這一技術(shù)的特點(diǎn)在于適用范圍廣泛，且操作簡(jiǎn)便、成本較低；缺點(diǎn)在于只能定性和表面檢測(cè)具有較高光潔水平的材料，對(duì)于裂縫深度無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定，對(duì)于表面存在鐵銹、涂料或缺陷的部位容易漏檢，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值有限。

3.3 射線照相技術(shù)

射線檢測(cè)利用X 射線和γ 射線在特定膠片上產(chǎn)生感光作用，主要用于體積型缺陷和焊縫病害的檢測(cè)。 當(dāng)射線掃過(guò)檢測(cè)對(duì)象時(shí)，在裂縫處被吸收，導(dǎo)致膠片感光程度不一，從而暴露裂縫位置。 這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于幾乎適用所有材料，包括金屬材料、復(fù)合材料、放射材料等，能通過(guò)計(jì)算機(jī)直接導(dǎo)出立體圖像，三維呈現(xiàn)裂縫位置、形狀、大小和深度，是目前無(wú)損檢測(cè)方式中靈敏度最高的。 因?yàn)樯渚€隨檢測(cè)對(duì)象厚度增加而逐漸衰減，導(dǎo)致這一技術(shù)無(wú)法檢測(cè)垂直于射線方向的薄層缺陷，對(duì)設(shè)備依賴性較高，技術(shù)成本較高，且射線對(duì)人體有害，使用時(shí)需做特殊防護(hù)。

3.4 超聲波探傷法

頻率大于20 000 MHz 的機(jī)械波被稱為超聲波。超聲波檢測(cè)技術(shù)是超聲波與檢測(cè)對(duì)象互相作用，在碰到異面介質(zhì)如氣孔、夾渣等時(shí)，部分超聲波反射并經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后成為顯示缺陷的回波，通過(guò)分析對(duì)應(yīng)得出檢測(cè)對(duì)象幾何特性、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能異常的技術(shù)，默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)為《GB/T 11345—89》，常規(guī)超聲頻率為0.5~5 MHz。 這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于儀器小巧、操作方便、便于攜帶，檢測(cè)速度快，成本相對(duì)較低，可以檢測(cè)高厚度鋼材，尤其對(duì)于裂紋、夾層、折疊、未焊透等類型的缺陷具有較高的檢測(cè)能力；缺點(diǎn)是該技術(shù)不適用于形狀不規(guī)則的鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)檢驗(yàn)人員的專業(yè)水平有較高要求，存在一定的主觀性，且超聲波本身的信號(hào)強(qiáng)度較弱，易受環(huán)境噪聲的干擾。近年來(lái)， 也陸續(xù)出現(xiàn)了一些超聲波探傷新技術(shù)，如自動(dòng)超聲技術(shù)、遠(yuǎn)程超聲技術(shù)、逆波場(chǎng)衍射技術(shù)等，但是否能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)超聲檢測(cè)，仍待進(jìn)一步評(píng)估。

3.5 渦流檢測(cè)技術(shù)

渦流檢測(cè)基于電磁感應(yīng)原理，是在交變磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），激發(fā)次級(jí)感應(yīng)磁場(chǎng)，并與原始交變磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電流變化，適用于導(dǎo)電材料的檢測(cè)技術(shù)。 當(dāng)鋼橋結(jié)構(gòu)內(nèi)部有裂縫、氣泡或是夾渣等缺陷時(shí)， 導(dǎo)體的渦流會(huì)有相應(yīng)變化。這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于特別適用于薄、細(xì)、小的導(dǎo)電材料，不需要接觸檢測(cè)，容易實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化，且檢測(cè)速度快；缺點(diǎn)在于不適用于具有一定厚度且內(nèi)部有缺陷的材料檢測(cè)，且探傷深度與表面探傷靈敏度互相矛盾，無(wú)法實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)。

3.6 聲發(fā)射探傷技術(shù)

近些年來(lái)，聲發(fā)射探傷技術(shù)已經(jīng)得到長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用，成為一種有效應(yīng)用于鋼橋檢測(cè)領(lǐng)域的新型無(wú)損探傷技術(shù)。 聲發(fā)射又稱為應(yīng)力波發(fā)射，聲發(fā)射探傷的原理是鋼鐵材料在較大載荷作用下產(chǎn)生破壞、斷裂等不可逆變形，導(dǎo)致聲發(fā)射源周圍應(yīng)變場(chǎng)改變，產(chǎn)生機(jī)械擾動(dòng)，釋放應(yīng)力波。 這一聲發(fā)射波沿途反射、折射后被傳感器探查并接收，繼而進(jìn)行發(fā)射信號(hào)的波形分析。 這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，一般用于被檢對(duì)象的動(dòng)態(tài)檢測(cè)；缺點(diǎn)是易受外界環(huán)境噪聲干擾，且技術(shù)仍有待完善。

3.7 金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)

金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)的原理是金屬磁材料在地磁場(chǎng)環(huán)境下受載荷作用產(chǎn)生磁記憶，即在缺陷或應(yīng)力集中處形成退磁場(chǎng)或漏磁場(chǎng)，且在載荷消失后仍然存在。 這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)﹁F磁構(gòu)件進(jìn)行早期缺陷探查和壽命評(píng)估。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的任何微小裂縫，如果棄之不理，都會(huì)演變成產(chǎn)生重大危害的橋梁事故，危害社會(huì)利益。 因此，定期做好裂縫檢測(cè)對(duì)于保證橋梁主體結(jié)構(gòu)安全具有重要意義。 無(wú)損檢測(cè)，既可以達(dá)到檢測(cè)裂縫的目的， 又不會(huì)對(duì)橋梁鋼構(gòu)件造成繼發(fā)損害。在具體檢測(cè)實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)橋梁工程的具體情況和環(huán)境要求，采取適宜的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，以最低的成本、最快的速度完成檢測(cè)，確保鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的安全。