长期服役混凝土桥梁的桥面板中因钢筋锈胀导致混凝土开裂进而发展成的分层缺陷是最为重要的病害形式之一。冲击回波法被认为是针对混凝土桥面板分层缺陷检测最有效的手段。然而,当前冲击回波法面临以下挑战及急切需求:在实际检测中很难检测到底面钢筋锈蚀导致的深分层缺陷;实际检测对快速、自动化的检测平台有急切需求,已成为冲击回波法的发展趋势。为此,本文针对性的进行了以下工作并得到了以下结论:（1）现有实际检测通常激发深分层缺陷的厚度模态以识别缺陷。然而,深分层缺陷通常难以激发高能量的厚度模态共振;相反,学者发现深分层缺陷的弯曲模态容易激发,可能成为解决深分层缺陷检测困难的关键。然而,现有对于分层缺陷弯曲振动的理论模型及理论解释仅适用于顶面钢筋锈胀导致的浅分层缺陷,本文基于中厚板理论提出了适用于浅分层及深分层缺陷弯曲振动的理论模型,为分层缺陷的弯曲振动现象提供了理论基础及理论解释,可用于指导实际检测。提出了适用于计算宽深比大于2、任意长宽比分层缺陷弯曲振动频率的实用计算解,与文献中在实验室人工模拟分层缺陷并执行冲击回波法测得的分层缺陷弯曲振动频率对比结果表明,实用计算解精度良好。（2）冲击回波方法实现检测的决定性因素取决于冲击源能否激发出缺陷结构高能量的共振模态,冲击源特性的设计至关重要。现有的冲击源特性设计方法针对激发厚度模态,仅给出经验化的设计范围且要求检测人员对当地常见分层缺陷工况有丰富的经验。当前还没有关于冲击源特性对激发分层缺陷弯曲模态共振的影响研究。本文研究了冲击源特性对激发弯曲模态响应的影响,提出了针对绝大部分常见分层缺陷工况适用而不需要依靠检测人员经验的“最大共振幅值”冲击源特性设计准则,建立了冲击源特性与分层缺陷弯曲振动响应频谱幅值之间的量化关系。（3）冲击源是实现快速、自动化检测平台的关键点。本文梳理总结了现有冲击源及检测平台并进行了对比分析。针对现有冲击源检测精准度与检测速度不能兼得的局限,本文设计开发了旋转往复冲击源并设计配套的气固耦合传感、响应信号处理方法以组成快速检测平台。旋转往复冲击源能快速前进同时产生密集、高能量的冲击,提升检测速度同时提高了对分层缺陷的检测精准度且适应路面碎石、坑洼等恶劣路况。在实验室中搭建了含有人工模拟分层缺陷的混凝土桥面板检验快速检测平台的检测效果,结果表明旋转往复冲击源有快于使用锤击辨音测试的速度、优于手持带柄钢球冲击回波测试的精准度。