公路桥梁无损检测技术与智能装备研究

摘      要：综合分析近年来公路桥梁智能无损检测新技术和装备的发展情况，并对未来发展方向进行了展望。结果表明：各种智能无损检测技术为桥梁检测提供了新思路，对于从事相关研究和工程实践的人员具有一定的参考价值。同时，智能检测设备能够针对具体检测内容为公路桥梁检测提供了新方法，正逐步应用于各类桥梁检测任务，持续提升桥梁检测的效率和准确性。

关 键 词：公路桥梁；人工智能；检测技术；检测装备

1 引言

随着国家经济的不断发展，桥梁作为连通各个城市的重要基础设施发挥着至关重要的作用。截至2022年底，全国公路桥梁103.32万座，桥梁数量在全球范围内稳居第一。然而，由于一些桥梁采用了较早的设计规范，结构安全储备不足以满足当前交通需求。经过多年的超负荷使用，一些桥梁出现了病害问题，导致承载能力减弱，对公路的安全畅通造成了负面影响。在役桥梁的检测需求巨大，传统的桥梁检测方式主要依赖人工检查，难以实现特殊区域的精细检测。而桥梁智能无损检测技术具有较高的检测能力的同时还能不损害桥梁结构，能够有效克服传统检测方法的缺点。因此，在桥梁养护和安全方面，我国正大力推动桥梁智能无损检测技术的应用，以确保公路的畅通和交通的安全。

2 桥梁无损检测技术

2.1 基于电磁波的检测方法

根据电磁波在不同介质中的传播速度和反射特性不同的物理原理，通过专业设备发射不同类型电磁波，随后再由接受设备对电磁波信号进行接收分析，从而了解桥梁内部结构的情况，进而分析桥梁健康情况。根据发射接受电磁波的频率情况，电磁波的检测方法可划分为红外热成像法和探地雷达法两种类型。

2.1.1 红外热成像法

红外热成像方法是以热辐射和温度检测为基础的检测方法，该方法将桥梁的结构在图像中进行映射后，利用红外热像仪针对物体不同部位进行红外线照射，随后根据测量得到的构件表面温度分布的差异形成红外热像图，将被测结构内部情况以图像的形式展现出来，通过分析比对图像中的数据，检测人员能够对桥梁结构的健康状况做出准确判断。

2.1.2探地雷达法

探地雷达检测方法是利用电磁波在混凝土内部的传播和反射来实现对混凝土内部结构情况的分析判断。探地雷达检测仪器在布置完成后，其上的天线会将电磁信号发射到待测桥梁内部，电磁反射场的强度与介电常数的变化成正比。通过改变探地雷达位置，即可了解到检测构件的内部情况的图像。该方法具有易操作、精度高的优点。

2.2基于机械波的桥梁病害检测方法

采用机械波的桥梁病害检测方法是利用共振原理，通过向待测桥梁构件发射不同频率的振动波，根据接受到的信号频率来对分析桥梁构件内部情况并进行健康评估。根据机械波的频率和发射方式分为冲击回波法和超声波检测法。

2.2.1冲击回波法

冲击回波法的原理是利用短时的机械冲击产生瞬时应力信号，当应力波传播到结构内部时，会经过内部裂缝、空隙、界面以及结构外部边界反射回来，反射波被安装在冲击点附近的传感器接收，之后经过计算机处理生成频谱图，通过分析图中的峰值可以识别确定结构砼的厚度和缺陷位置。从而对混凝土构件的内部质量情况进行评估。冲击回波法因其具有操作简单、快速并且可以重复测试的优势在桥梁检测中得到了广泛应用。

2.2.2 超声波检测法

超声波检测法在各类桥梁损伤检测中得到广泛应用，利用专业设备向被需要检测的部位发射超声波，收集反射波的传播情况以实现对桥梁内部结构情况的掌握。该方法不仅可以检测到桥梁上部结构的病害，对地下结构的缺陷问题该方法也可以应对，同时该方法还能够对斜拉索和钢筋锚固区的病害进行探查。美中不足的是该方法误差较大。

3 桥梁智能检测设备

随着自动化、计算机技术的飞速发展，其研究成果开在桥梁检测中得到推广应用，形成了公路桥梁智能检测装备。针对不同的检测需求，这些装备经过了特殊设计，确保满足特定的操作模式、电源、数据采集类型和精度要求。根据需要检查的区域或构件，主要可以分为以下几种类型的装备。

3.1 桥面自动检测平台

公路桥梁路面在使用过程中会受到交通荷载的冲击和影响，同时还容易受到强风、地震等外界条件的局部变化影响。一般情况下，公路桥梁采用沥青路面铺设，为了检测和监测路面状况，通过将各种传感器和相机等装置固定在桥面结构上，能够实现对桥面状况的自动监测和评估。这种平台通常能够自主巡航于桥面表面，实时采集并分析桥面的各项数据，包括但不限于裂缝、沉降、变形等，以帮助工程人员及时发现和处理潜在的问题，提高桥梁的安全性和可靠性。

3.2缆索检测机器人

作为悬索桥和斜拉索桥的主要受力构件，缆索的安全与否直接影响桥梁的安全，缆索的检测和养护质量至关重要。传统的人工检测方式存在一定的局限性，无法满足对缆索全面准确的检测需求。随着无损检测技术的不断进步，便捷可靠的检测机器人成为一种有力的辅助工具，提高缆索检测效率，从而增强桥梁整体结构的安全性和稳定性。

3.3巡检无人机

随着长大桥梁的建设，大跨径桥梁、高桥塔、高桥墩等构件的检测变得越来越具有挑战性。传统的检查方法仅依靠望远镜目视观察已经难以满足需求，因此各种基于无人机的快速检测方法逐渐取代了传统的方式。利用无人机具有高机动性的特点，将无人机悬停在监测人员无法抵达的构件处，利用摄像头及传感器等对桥梁病害进行定位和识别，无人机检测技术的应用能够显著提高桥梁病害检测效率。

3.4水上检测机器人

近年来，水文因素引起的桥梁破坏已经成为导致桥梁倒塌和功能失效的主要原因之一。目前水下桥梁构件的检测主要依赖于人工潜水员进行目视检查，但这种方式存在着水下检测人员风险高和检测成本昂贵的问题。为了解决这一实际问题，研发了桥梁水上检测机器人技术。水上检测机器人可以分为无人水面艇和无人水下潜航器。无人水面艇通常是能够在水面上行驶或半潜状态下航行的船艇，通过在船艇下方设置设置传感器以实现对桥梁下部结构的检测；无人水下潜航器指能够沉入水中通过无线信号传递信息的水下行驶平台。这些水下检测机器人的应用能够有效改善水下桥梁构件的检测效率，并降低整体成本。

4 结论

通过对桥梁无损检测技术及检测设备的介绍可以看出，桥梁检测技术经过多年的发展，检测方法和设备得到了显著提升。这些无损检测技术在不同程度上提高了对桥梁内部结构和材料缺陷的检测精度和效率。另外，智能检测设备也为实现桥梁结构的全面检测提供了新的解决方案。这些设备通过高科技手段实现了对桥梁结构各个部位的快速、准确、可靠的检测，极大地提高了检测效率的同时降低了检测成本。综合而言，桥梁无损检测技术和智能检测设备的不断创新和应用将为桥梁结构的安全运行和长期稳定性提供重要保障，同时也有助于及时发现和修复桥梁病害，保障公路交通的安全畅通。在未来，随着技术的不断进步和应用的深入，相信桥梁检测技术和设备将迎来更加广阔的发展前景。

参考文献

[1]张劲泉，晋杰，汪云峰等.公路桥梁智能检测技术与装备研究进展[J].公路交通科技，2023，40（01）：1-27+58.

[2]王鹏，徐时贤，李国红等.跨海大桥混凝土服役挑战及检测方法综述[J].材料导报，2023，37（S1）：212-219.

[3]陈榕峰，徐群丽，秦凯强.桥梁裂缝智能检测系统的研究新进展[J].公路，2019，64（05）：101-105.