郭巖昕 （健研檢測集團(tuán)有限公司，福建 廈門 365004）

0 前言

橋梁病害問題日益加重，為了對其進(jìn)行有效的檢測，非接觸檢測系統(tǒng)和方法應(yīng)運(yùn)而生，其能夠?qū)鹘y(tǒng)檢測方法中的弊端進(jìn)行有效改善，文章從以下方面對非接觸檢測系統(tǒng)和方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 橋梁病害以及形成原因

橋梁病害的形式主要體現(xiàn)在以下方面：

①裂縫。裂縫是橋梁中最普遍的一種病害，其由多種影響因素共同作用而成，并且對橋梁的危害程度具有一定的差異性，當(dāng)出現(xiàn)貫穿縫以及網(wǎng)縫時(shí)，會使橋梁的安全運(yùn)行受到嚴(yán)重的影響和危害。

②混凝土碳化以及鋼筋銹蝕?；炷林械臍溲趸c與滲透到混凝土中的酸性氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使得混凝土由堿性向中性進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而使其鈍化保護(hù)作用顯著降低，導(dǎo)致鋼筋發(fā)生銹蝕的現(xiàn)象出現(xiàn)。

③剝蝕?；炷翗蛄航Y(jié)構(gòu)表面中出現(xiàn)的蜂窩麻面、露石以及酥松起皮等現(xiàn)象統(tǒng)稱為剝蝕，并且根據(jù)機(jī)理的不同，可以將其分為凍融剝蝕、風(fēng)化剝蝕以及水質(zhì)剝蝕等。

④結(jié)構(gòu)構(gòu)造遭到破壞。結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的構(gòu)造缺乏合理性、施工時(shí)間比較長，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的老化、變形等問題，從而對橋梁安全穩(wěn)定的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。

2 橋梁病害非接觸檢測系統(tǒng)

橋梁病害非接觸檢測系統(tǒng)主要由以下部分組成：

①非接觸檢測儀。非接觸檢測儀由高清數(shù)碼相機(jī)、長焦數(shù)碼相機(jī)、無棱鏡激光測距儀、數(shù)控云臺以及支架構(gòu)成，將長焦數(shù)碼相機(jī)和高清數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行有效連接，從而對遠(yuǎn)距離結(jié)構(gòu)表觀圖像進(jìn)行有效獲取，將高清數(shù)碼相機(jī)放置在數(shù)控云臺之上，從而為高清數(shù)碼相機(jī)能夠獲取橋梁不同位置的圖像以及空間角度提供保障和先決條件。無棱鏡激光測距儀主要在被檢測對象物理距離的測量方面進(jìn)行應(yīng)用。

②激光投射子系統(tǒng)。激光指示器陣列、高精度控制云臺、高穩(wěn)定性支架構(gòu)成了激光投射子系統(tǒng)，其作用原理為：激光指示器陣列在橋梁表面進(jìn)行激光指示點(diǎn)的投射，該激光指示點(diǎn)在橋梁表面空間的位置是固定的，之后利用高精度控制云臺中的水平和豎向旋轉(zhuǎn)動態(tài)來對激光點(diǎn)的位置進(jìn)行調(diào)整，高穩(wěn)定性支架為激光指示器陣列的穩(wěn)定性和支撐提供保障。

③數(shù)據(jù)處理器。該處理器既能對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，又能將數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行有效的呈現(xiàn)。

④無人機(jī)系統(tǒng)。無人機(jī)系統(tǒng)（見圖1）主要由四旋翼遙控機(jī)、增穩(wěn)云臺、無線圖傳通信模塊、高清相機(jī)組成，利用增穩(wěn)云臺將高清相機(jī)安裝到四旋翼遙控機(jī)之上，高清相機(jī)和無線圖傳通信模塊進(jìn)行有效的電連接，從而使無線圖傳通信模塊與數(shù)據(jù)處理器能夠進(jìn)行有效的圖像數(shù)據(jù)傳輸功能。

圖1 無人機(jī)系統(tǒng)

3 橋梁病害非接觸檢測方法的應(yīng)用

3.1 線型擾度檢測

橋梁病害非接觸檢測方法在撓度方面的應(yīng)用主要有光電撓度測量法、數(shù)字圖像法（圖2）等。目前，主要將這一方法應(yīng)用于遠(yuǎn)距離測試橋梁的線型撓度方面。以足音橋?yàn)槔摌蛭挥趶B門市集美區(qū)園博園苑風(fēng)景區(qū)內(nèi)，連接中華教育島和D島，孔跨布置采用5×20m的連續(xù)梁橋，橋長107m。由于該橋下跨海湖，水底較深，在對其進(jìn)行線型撓度檢測時(shí)，采用了無人機(jī)系統(tǒng)聯(lián)合水準(zhǔn)儀的方法進(jìn)行測量。

檢測的步驟主要為：第一步，利用激光投射子系統(tǒng)來形成有效的激光指示點(diǎn)，在每個(gè)預(yù)設(shè)區(qū)域之內(nèi)，利用激光指示的方式來完成固定參考點(diǎn)的確定；第二步，利用長焦數(shù)碼相機(jī)和高清數(shù)碼相機(jī)的有效結(jié)合，從而能夠?qū)h(yuǎn)距離結(jié)構(gòu)表觀圖像進(jìn)行有效獲取，進(jìn)而完成表面參考點(diǎn)的選取，之后利用無棱鏡激光測距儀來獲取檢測對象的物理距離，數(shù)控云臺對圖像和空間角度進(jìn)行有效的調(diào)整，從而能夠完成三個(gè)方位的相對偏轉(zhuǎn)角度的獲取和修正，進(jìn)而使攝像機(jī)利用云臺運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)對多個(gè)預(yù)設(shè)區(qū)域的檢測；第三步，重復(fù)第二步的方法，以此來實(shí)現(xiàn)對不同點(diǎn)位進(jìn)行檢測的目的；第四步，將橋面各參考點(diǎn)的相應(yīng)位置用曲線連接，并和梁底垂直距離位移變化做相應(yīng)點(diǎn)線型擾度變化的參考依據(jù)。

圖2 數(shù)字圖像法檢測試驗(yàn)裝置

3.2 裂縫測量

裂縫是鋼筋混凝土橋梁中最普遍的一種病害，目前常見的裂縫檢測方法有表面測量法、彈性波法、電磁波法以及傳感儀器檢測法，這些方法要么測量范圍小，要么儀器昂貴。

非接觸檢測法利用長焦數(shù)碼相機(jī)和高清數(shù)碼相機(jī)的有效結(jié)合，能夠?qū)h(yuǎn)距離結(jié)構(gòu)表觀圖像進(jìn)行有效獲取，以此來完成表面特征點(diǎn)的選取，因此測量范圍大。

足音橋在外觀檢測時(shí)即應(yīng)用了無人機(jī)系統(tǒng)獲取表觀圖像，之后利用無棱鏡激光測距儀來獲取檢測對象的物理距離，并且對裂縫圖形在圖像中所占像素?cái)?shù)以及實(shí)際物理寬度進(jìn)行有效坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，數(shù)控云臺對圖像和空間角度進(jìn)行有效調(diào)整，從而完成三個(gè)方位相對偏轉(zhuǎn)角度的獲取和修正，從而獲得裂縫圖像。

3.3 超聲波法

超聲波法在橋梁檢測中的應(yīng)用較為普遍，可做強(qiáng)度方面、裂縫深度和內(nèi)部缺陷的檢測。原理主要是利用發(fā)射器和接收器對超聲波的速度和波形進(jìn)行接收和分析，從而使混凝土強(qiáng)度和裂縫深度的檢測得以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度增大時(shí)，超聲波的速度和頻率也會隨之增大，從而實(shí)現(xiàn)對混凝土強(qiáng)度的測量。裂縫深度的檢測可以使用超聲波無損檢測方式來進(jìn)行，當(dāng)超聲波在混凝土中傳播時(shí)，可以將其速度進(jìn)行采集和分析，之后來進(jìn)行行程時(shí)間曲線的繪制，然后將超聲波法發(fā)射器進(jìn)行位置的有效固定，將接收器按照襯砌的某一方向進(jìn)行有效移動，對裂縫位置處超聲波傳播時(shí)間的變化進(jìn)行分析和計(jì)算，從而能夠得到裂縫的寬度。

4 結(jié)語

通過文章的論述可知，橋梁所受到的病害種類較多，對橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，將非接觸檢測系統(tǒng)和非接觸檢測方法引入到病害檢測中具有重要的作用和意義，能夠使橋梁病害得到有效的控制，從而使梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量得到有效的保障。