自1990年以来,钢管混凝土拱桥以其刚度大、承载潜力好、安全性能高等优势而成为山区大跨桥梁、城市跨江桥梁的首选桥梁之一。经过多年的发展,我国的大跨钢管混凝土拱桥数量已位居世界第一。然而,由于施工技术不尽完善、环境温度变化大及混凝土收缩徐变等因素,钢管混凝土拱桥脱空问题仍然是该桥型的顽疾之一。如何科学、客观掌握钢管混凝土拱桥的脱空情况并采取针对性的管养措施,是桥梁工程界和学术界的热点课题。目前,虽然已有不少钢管混凝土脱空检测技术能够定性评价脱空病害,但却难以快速定量检测脱空病害,以致给桥梁的运营及维护带来了安全隐忧。因此,亟需寻找一种能够定量化检测钢管混凝土拱桥脱空病害的方法。本文在分析红外热成像无损检测原理的基础上,采用理论研究、试验分析、有限元仿真以及图像处理相结合的技术路线,开展红外热成像检测钢管混凝土拱桥脱空技术研究。主要研究内容和结论有:(1)在梳理分析钢管混凝土拱桥脱空检测技术、脉冲涡流热成像检测技术以及红外热成像热图处理技术研究进展的基础上,提出了采用红外热像技术对钢管混凝土拱桥脱空病害进行无损检测的新方法,并阐述了红外热源激励的红外热成像技术相关理论。(2)开展了基于辐射热源和涡流感应的钢管混凝土脱空红外检测试验。基于辐射热源的钢管混凝土脱空红外检测试验,研究了在日照加热与温度模拟试验箱加热两种条件下,钢管混凝土试件表面温度分布情况,验证了利用红外热成像原理对钢管混凝土进行脱空定位检测的有效性;基于涡流感应的钢管混凝土脱空红外检测试验,提出了采用涡流感应快速加热钢管混凝土试件的试验手段,获取了脱空厚度、钢管壁厚、线圈提离高度等工况对钢管混凝土表面升温率的影响,并采用了多元线性回归分析法对影响因素进行了敏感度分析,为脱空厚度量化研究提供数据基础。(3)进行了有限元仿真分析,模拟不同热源下钢管混凝土热传导过程,对辐射加热及涡流感应加热的试验结果进行验证。建立了三维瞬态传热模型,分析验证了钢管混凝土表面温度分布情况及红外热成像识别脱空缺陷的有效性;建立了电磁-热耦合场瞬态传热仿真模型,模拟涡流感应加热-停止加热后的自然冷却过程,分析不同工况对钢管混凝土表面温度升温率的影响,对检测参数进行优化,最终通过实验与仿真结果的对比验证,提出了一种通过量化指标求得脱空厚度的量化方法。(4)针对热图对比度不够高的问题,提出了基于热图信息重构和限制对比度自适应直方图均衡化的图像增强方法,实现了热像图信号重构和图像增强处理,提高了热像图缺陷区域与非缺陷区域的对比度约60%,实现了脱空位置与面积的精确化判别。