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摘要：介绍了桥梁结构状态检测的定义和内容，阐述了桥梁结构整体性能、功能状况的多种检测技术，论述了桥梁结构材料缺损状况的诊断及检验方法，指出了桥梁检测方法的发展方向。
关键词：桥梁结构，检测技术，无损检测，钢筋锈蚀
中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：
桥梁结构状况的检测是对桥梁结构及部件的材料质量和工作性能方面所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断和评价的过程。主要内容包括两个大的方面：一方面是桥梁结构（上、下部结构）整体性能、功能状况鉴定，包括结构承载能力（强度、刚度和稳定性）的鉴定、桥梁抗洪能力的鉴定；另一方面是结构材料缺损状况的诊断，包括材料损坏程度检测，材料的物理、化学和力学性能测试及缺损原因的分析判断等。
一、桥梁结构整体性能、功能状况鉴定
公路桥梁结构的整体性能检测，按照受力状态可分为静载试验和动载试验；按照试验持续的时间长短分为瞬时试验及长期试验。在静载作用下，一般要测定作用力的大小（包括静荷载、支座反力、推力等的大小）、構件的内力（包括弯矩、轴向力、剪力、扭矩等）、断面上各种应力的分布状态及其大小、各种变形（包括挠度、相对位移、转角等）以及局部损坏现象（如裂纹的分布及其大小等）在动荷载作用下，一般要测定动荷载的大小、频率和变化及构件的动应力、结构的自振频率、动挠度、衰减特性及其加速度等。
（一）机械检测技术
机械测试仪器一般有杠杆、齿轮、轴、弹簧、指针和度盘等部件。它主要由四大部分组成:传感机构、转换机构、指示机构和机体保护部分。
传感机构的功能是直接感受被测量的构件变化，并把这种变化传到转换机构、在接触式机械量测仪器中，这部分常常是测杆及弹簧；对于张线式机械量测仪器，则常常是鼓轮一类的机构。
转换机构的功能是把传感机构传来的被量测构件的变化转化为长度的变化，并且把它放大或缩小，或者改变方向，如百分表中的大小齿轮及弹簧。
指示机构的功能，是将经过转换机构转化为长度并加以放大、缩小或改变方向之后的变化用一定形式表现出来。一般常由指针和度盘组成。
机体保护部分的功能是把各组成部分连接成整体，使之保护仪器不受周围环境的影响。
机械测试仪器的特点:结构简单，易于操作，工作可靠，经济耐久，可重复使用，对周围环境的适应能力强，但灵敏度不高，放大能力有限，较笨重。
（二）电测技术
电测法的原理是,通过一定的传感元件把所测的机械量(应变变化) 转化为电量(电阻变化)，再通过一定的仪器把电阻变化转换为电压(电流) 的变化并加以放大，然后按机械量给出指示。这里所说的传感元件就是电阻应变片，测量仪器就是电阻应变仪。在工程试验中最常用的是电阻应变测试技术，它是试验应力分析中重要的方法之一。从1938 年首次出现金属电阻丝粘贴式传感元件到现在,已形成一套使用方位、运用性强、比较完备的测试仪器。
（三）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信号的技术。由于光纤不仅可以作为光波的传播媒质，而且光波在光纤中传播时表征光波的特征参量(振幅、相位、偏振态、波长等)，因外界因素(如温度、压力、应变、磁场、电场、位移、转动等)的作用而问接或直接的发生变化。从而可将光纤用作传感元件来探测各种物理量。这就是光纤传感器的基本原理。
光纤传感器可从光纤的作用、信号调制方式及被测对象等不同角度分类。从光纤作用角度可分为非功能型传感器和功能型传感器。非功能型传感器中光纤仅起到传光的作用，而功能型传感器中光纤既起到传光的作用又起到传感的作用。目前开发的高精度、高分辨率及结构小型化的传感器多以功能犁传感器为主。若从光信号调制方式角度分类则有光强调制型、相化调制型及偏振调制型。
（四）声探测技术
声探测技术主要包括超声波探测技术、声发散检测技术和冲击——回声检测技术。声探测技术是目前发展最迅速的无损检测。
超声波探测技术的基本原理是：超声波能够以一定的速度在某种材料中传播，直至达到不连续点或抵达测试物的边界时才反射回来。超声波探测技术即利用声脉冲在缺陷处发生特性变化的原理来进行检测。
声发散技术的基本原理是：大多数结构材料在受力后出现诸如塑性变形、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。冲击——回声是根据应力波能够在材料中传播的原理设计的，基本的测试方法和超声波相似。应力波可以通过以下两种方法产生：使用转换器产生的应力波称为脉冲——回声法；使用机械冲击器产生应力波称为冲击——回声法。它同样可以通过应力波的强度和发生时间测定缺陷的程度和位置。
二、混凝土强度测定
对于混凝土强度的测定,目前的测试方法主要有回弹法(表面硬度法) 、超声波法、超声—回弹综合法、贯入法、断裂法、取芯样试验法等。回弹法超声波法以及二者的综合法是属于非破损试验法,应用比较广泛。对于这三种方法,它们的测试结果平均误差约为9 % ±7 % ,但是综合法要好一些。对于龄期在90 d 以上的混凝土,采用回弹法时要考虑混凝土表面碳化深度的修正。混凝土的湿度对回弹值和超声波脉冲速度都具有一定的影响。
(一) 构件材料缺陷的检验
(1) 目测法
构件中常见的缺损有裂缝、碎裂、剥落、层离、蜂窝、空洞、环境侵蚀和钢筋锈蚀等。其中，构件外露的缺损，可以借助于适当的工具或量具等辅助设备进行目视检测。
(2) 超声波探伤技术
超声波脉冲速度法可以用于探查钢材、焊缝和混凝土中存在的裂缝、空洞、夹渣和火灾损伤等。
（3）声波检测法
声波检测法是指用工具敲击构件，听其声音的差异来判断构件是否存在破损，这种方法比较简便，是一般检查中常用的手段。
（4）雷达检测技术
使用脉冲雷达的电磁回波法是检测具有沥青覆盖层的混凝土桥面板的有效方法。
三、钢筋锈蚀的评价技术
对于钢筋混凝土结构，由于混凝土的密实度、渗水性、含水量、含氯盐量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等问题的存在，钢筋的锈蚀是普遍存在的，而钢筋的锈蚀会使混凝土结构进一步破损甚至破坏。下面介绍一些钢筋锈蚀的评定技术。
（一）钢筋锈蚀评定的直接技术。
（1）电阻探测技术：根据金属板锈蚀后会变薄，电阻变大的原理进行探测。
（2）线性极化探测技术：根据电化动力学原理，测量试验电极间的微小电流。
（3）半电池电位测量法：通过与一个已知的并保持常量的基准电极的极电位相比较，能有效的测量混凝土中钢筋的极电位。便于现场原位检测，在钢筋混凝土结构耐久性评定中被广泛应用。上述三种方法中，前两种只适用于新建的桥梁结构，而第三种方法既可以应用于新建桥梁的检测，也可以应用于旧桥的检测加固。
（二）钢筋锈蚀评定的间接技术。
(1) 用保护层测定仪检测钢筋的混凝土保护层厚度是否满足要求。
(2)测定混凝土的电阻率。通常取四电极法进行测量。
(3)测试混凝土中的氯离子含量，评定氯盐对钢筋的锈蚀。
(4)现场测试混凝土的碳化深度，用2%的酚酞酒精溶液喷洒在混凝土的新鲜断口处。PH≥10时，酚酞呈现紫红色说明混凝土并未碳化；PH≥10时，则酚酞保持无色，说明混凝土已经碳化，失去了对钢筋的保护作用，则钢筋有可能被锈蚀了。
四、桥梁损伤目前综合检测方法
（一）实验模态分析方法：通过桥梁动态特性的测试，检测损伤造成的结构参数变化来评估损伤。检测的要素为：合适的激振方法、传感器及振动测点网络、数据采集系统和模态分析软件。常用的激振方法大概有自振法、共振法和随机激励法，即利用行驶在桥上的车辆引起的振动，或是风及环境因素形成的脉动使桥跨结构产生振动。
（二）应变模态测量：对应于每一阶位移模态，则必有其对应的固有应变分布状态，这种与位移模态相对应的固有应变分布状态称之为应变模态，也反映了结构的固有特征。
针对桥梁结构损伤，振动模态测量方法是一种比较好的测量评估方法，而采用应力应变参数作为结构损伤敏感参数是目前桥梁结构损伤检测的一种趋势。用应变模态方法进行实桥结构损伤评估虽然还是存在一定的困难，但不失为一个值得探索的方向。采用振动位移检测确定桥梁力学状态的方法，克服了应变测量系统的弊病，为桥梁结构损伤提供了一种新的途径。
五、总结语
桥梁检测是一项要求相当细致的工作，检测人员不仅要有丰富的实际现场经验，同时还要有坚实的理论基础作为指导。只有把理论和实际充分结合起来，再加上指挥者与各试验人员之间的默契配合，才能做好检测工作并取得满意的数据，做出准确的评估。
参考文献：
[1] 徐日昶，王博议，赵家奎，桥梁检测[M]，北京：人民交通出版社，1989
[2] 吴志勤，桥梁检测技术及其发展趋势简述[J]，山西建筑，2007
[3] 宣纪明，沈福兴，桥梁检测技术研究及工程运用[J]，桥梁建设,2007
[4] 赵文秀，桥梁检测技术综述[J]，公路与汽运，2009
关键词：桥梁结构，检测技术，无损检测，钢筋锈蚀
中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：
桥梁结构状况的检测是对桥梁结构及部件的材料质量和工作性能方面所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断和评价的过程。主要内容包括两个大的方面：一方面是桥梁结构（上、下部结构）整体性能、功能状况鉴定，包括结构承载能力（强度、刚度和稳定性）的鉴定、桥梁抗洪能力的鉴定；另一方面是结构材料缺损状况的诊断，包括材料损坏程度检测，材料的物理、化学和力学性能测试及缺损原因的分析判断等。
一、桥梁结构整体性能、功能状况鉴定
公路桥梁结构的整体性能检测，按照受力状态可分为静载试验和动载试验；按照试验持续的时间长短分为瞬时试验及长期试验。在静载作用下，一般要测定作用力的大小（包括静荷载、支座反力、推力等的大小）、構件的内力（包括弯矩、轴向力、剪力、扭矩等）、断面上各种应力的分布状态及其大小、各种变形（包括挠度、相对位移、转角等）以及局部损坏现象（如裂纹的分布及其大小等）在动荷载作用下，一般要测定动荷载的大小、频率和变化及构件的动应力、结构的自振频率、动挠度、衰减特性及其加速度等。
（一）机械检测技术
机械测试仪器一般有杠杆、齿轮、轴、弹簧、指针和度盘等部件。它主要由四大部分组成:传感机构、转换机构、指示机构和机体保护部分。
传感机构的功能是直接感受被测量的构件变化，并把这种变化传到转换机构、在接触式机械量测仪器中，这部分常常是测杆及弹簧；对于张线式机械量测仪器，则常常是鼓轮一类的机构。
转换机构的功能是把传感机构传来的被量测构件的变化转化为长度的变化，并且把它放大或缩小，或者改变方向，如百分表中的大小齿轮及弹簧。
指示机构的功能，是将经过转换机构转化为长度并加以放大、缩小或改变方向之后的变化用一定形式表现出来。一般常由指针和度盘组成。
机体保护部分的功能是把各组成部分连接成整体，使之保护仪器不受周围环境的影响。
机械测试仪器的特点:结构简单，易于操作，工作可靠，经济耐久，可重复使用，对周围环境的适应能力强，但灵敏度不高，放大能力有限，较笨重。
（二）电测技术
电测法的原理是,通过一定的传感元件把所测的机械量(应变变化) 转化为电量(电阻变化)，再通过一定的仪器把电阻变化转换为电压(电流) 的变化并加以放大，然后按机械量给出指示。这里所说的传感元件就是电阻应变片，测量仪器就是电阻应变仪。在工程试验中最常用的是电阻应变测试技术，它是试验应力分析中重要的方法之一。从1938 年首次出现金属电阻丝粘贴式传感元件到现在,已形成一套使用方位、运用性强、比较完备的测试仪器。
（三）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信号的技术。由于光纤不仅可以作为光波的传播媒质，而且光波在光纤中传播时表征光波的特征参量(振幅、相位、偏振态、波长等)，因外界因素(如温度、压力、应变、磁场、电场、位移、转动等)的作用而问接或直接的发生变化。从而可将光纤用作传感元件来探测各种物理量。这就是光纤传感器的基本原理。
光纤传感器可从光纤的作用、信号调制方式及被测对象等不同角度分类。从光纤作用角度可分为非功能型传感器和功能型传感器。非功能型传感器中光纤仅起到传光的作用，而功能型传感器中光纤既起到传光的作用又起到传感的作用。目前开发的高精度、高分辨率及结构小型化的传感器多以功能犁传感器为主。若从光信号调制方式角度分类则有光强调制型、相化调制型及偏振调制型。
（四）声探测技术
声探测技术主要包括超声波探测技术、声发散检测技术和冲击——回声检测技术。声探测技术是目前发展最迅速的无损检测。
超声波探测技术的基本原理是：超声波能够以一定的速度在某种材料中传播，直至达到不连续点或抵达测试物的边界时才反射回来。超声波探测技术即利用声脉冲在缺陷处发生特性变化的原理来进行检测。
声发散技术的基本原理是：大多数结构材料在受力后出现诸如塑性变形、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。冲击——回声是根据应力波能够在材料中传播的原理设计的，基本的测试方法和超声波相似。应力波可以通过以下两种方法产生：使用转换器产生的应力波称为脉冲——回声法；使用机械冲击器产生应力波称为冲击——回声法。它同样可以通过应力波的强度和发生时间测定缺陷的程度和位置。
二、混凝土强度测定
对于混凝土强度的测定,目前的测试方法主要有回弹法(表面硬度法) 、超声波法、超声—回弹综合法、贯入法、断裂法、取芯样试验法等。回弹法超声波法以及二者的综合法是属于非破损试验法,应用比较广泛。对于这三种方法,它们的测试结果平均误差约为9 % ±7 % ,但是综合法要好一些。对于龄期在90 d 以上的混凝土,采用回弹法时要考虑混凝土表面碳化深度的修正。混凝土的湿度对回弹值和超声波脉冲速度都具有一定的影响。
(一) 构件材料缺陷的检验
(1) 目测法
构件中常见的缺损有裂缝、碎裂、剥落、层离、蜂窝、空洞、环境侵蚀和钢筋锈蚀等。其中，构件外露的缺损，可以借助于适当的工具或量具等辅助设备进行目视检测。
(2) 超声波探伤技术
超声波脉冲速度法可以用于探查钢材、焊缝和混凝土中存在的裂缝、空洞、夹渣和火灾损伤等。
（3）声波检测法
声波检测法是指用工具敲击构件，听其声音的差异来判断构件是否存在破损，这种方法比较简便，是一般检查中常用的手段。
（4）雷达检测技术
使用脉冲雷达的电磁回波法是检测具有沥青覆盖层的混凝土桥面板的有效方法。
三、钢筋锈蚀的评价技术
对于钢筋混凝土结构，由于混凝土的密实度、渗水性、含水量、含氯盐量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等问题的存在，钢筋的锈蚀是普遍存在的，而钢筋的锈蚀会使混凝土结构进一步破损甚至破坏。下面介绍一些钢筋锈蚀的评定技术。
（一）钢筋锈蚀评定的直接技术。
（1）电阻探测技术：根据金属板锈蚀后会变薄，电阻变大的原理进行探测。
（2）线性极化探测技术：根据电化动力学原理，测量试验电极间的微小电流。
（3）半电池电位测量法：通过与一个已知的并保持常量的基准电极的极电位相比较，能有效的测量混凝土中钢筋的极电位。便于现场原位检测，在钢筋混凝土结构耐久性评定中被广泛应用。上述三种方法中，前两种只适用于新建的桥梁结构，而第三种方法既可以应用于新建桥梁的检测，也可以应用于旧桥的检测加固。
（二）钢筋锈蚀评定的间接技术。
(1) 用保护层测定仪检测钢筋的混凝土保护层厚度是否满足要求。
(2)测定混凝土的电阻率。通常取四电极法进行测量。
(3)测试混凝土中的氯离子含量，评定氯盐对钢筋的锈蚀。
(4)现场测试混凝土的碳化深度，用2%的酚酞酒精溶液喷洒在混凝土的新鲜断口处。PH≥10时，酚酞呈现紫红色说明混凝土并未碳化；PH≥10时，则酚酞保持无色，说明混凝土已经碳化，失去了对钢筋的保护作用，则钢筋有可能被锈蚀了。
四、桥梁损伤目前综合检测方法
（一）实验模态分析方法：通过桥梁动态特性的测试，检测损伤造成的结构参数变化来评估损伤。检测的要素为：合适的激振方法、传感器及振动测点网络、数据采集系统和模态分析软件。常用的激振方法大概有自振法、共振法和随机激励法，即利用行驶在桥上的车辆引起的振动，或是风及环境因素形成的脉动使桥跨结构产生振动。
（二）应变模态测量：对应于每一阶位移模态，则必有其对应的固有应变分布状态，这种与位移模态相对应的固有应变分布状态称之为应变模态，也反映了结构的固有特征。
针对桥梁结构损伤，振动模态测量方法是一种比较好的测量评估方法，而采用应力应变参数作为结构损伤敏感参数是目前桥梁结构损伤检测的一种趋势。用应变模态方法进行实桥结构损伤评估虽然还是存在一定的困难，但不失为一个值得探索的方向。采用振动位移检测确定桥梁力学状态的方法，克服了应变测量系统的弊病，为桥梁结构损伤提供了一种新的途径。
五、总结语
桥梁检测是一项要求相当细致的工作，检测人员不仅要有丰富的实际现场经验，同时还要有坚实的理论基础作为指导。只有把理论和实际充分结合起来，再加上指挥者与各试验人员之间的默契配合，才能做好检测工作并取得满意的数据，做出准确的评估。
参考文献：
[1] 徐日昶，王博议，赵家奎，桥梁检测[M]，北京：人民交通出版社，1989
[2] 吴志勤，桥梁检测技术及其发展趋势简述[J]，山西建筑，2007
[3] 宣纪明，沈福兴，桥梁检测技术研究及工程运用[J]，桥梁建设,2007
[4] 赵文秀，桥梁检测技术综述[J]，公路与汽运，2009