建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法評(píng)析與展望
2006-09-14 00:00
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關(guān)鍵詞: 建筑結(jié)構(gòu)；檢測(cè)方法；非破損檢測(cè)；強(qiáng)度
0 引言
建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，按不同結(jié)構(gòu)、不同材料可分為:混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，本文試對(duì)其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析和展望。
1 混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法
混凝土結(jié)構(gòu)宏觀性能試驗(yàn)方法是“試件試驗(yàn)”。這類(lèi)方法以試件破壞時(shí)的實(shí)測(cè)值，作為判斷混凝土性能的依據(jù)較為直觀，稱(chēng)為破損性實(shí)驗(yàn)，由于試件中的混凝土與結(jié)構(gòu)中的混凝土質(zhì)量、受力狀況及各種條件不可能完全一致，而且對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)也不太適用。
20 世紀(jì)30 年代混凝土非破損檢測(cè)方法發(fā)展起來(lái)了，如回彈法、超聲脈沖法等在不破損混凝土的條件下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。
1. 1 回彈法
回彈法是用回彈儀彈擊混凝土表面，由儀器重錘回彈能量的變化，反映混凝土的彈性和塑性性質(zhì)，測(cè)量混凝土的表面硬度推算抗壓強(qiáng)度，是混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中常用的一種非破損試驗(yàn)方法，我國(guó)已編制了規(guī)范。
回彈法的主要優(yōu)點(diǎn)是:儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，方法易于掌握，檢測(cè)效率高，費(fèi)用低廉，影響因素較少，但還存在一定不足:回彈值受碳化深度、測(cè)試角度的影響，石子種類(lèi)對(duì)其也有影響，要對(duì)回彈值進(jìn)行不同的修正，對(duì)存在有質(zhì)量疑問(wèn)區(qū)域的混凝土，需用其它方法進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)。
1. 2 超聲脈沖法
用超聲脈沖法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度是測(cè)試超聲波在混凝土中的傳播參數(shù)，找出混凝土抗壓強(qiáng)度與這些參數(shù)的關(guān)系，確定其抗壓強(qiáng)度。
混凝土是各向異性的多相復(fù)合材料，內(nèi)部存在廣泛分布的砂漿與骨料的界面和各種缺陷，使超聲波在混凝土中的傳播要比在均勻介質(zhì)中復(fù)雜得多，產(chǎn)生反射、折射和散射現(xiàn)象，并出現(xiàn)較大衰減，因此超聲脈沖法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度雖然能夠檢測(cè)出混凝土內(nèi)部存在的問(wèn)題，但是對(duì)測(cè)試儀器、換能器與混凝土的強(qiáng)度和超聲傳播聲速間的定量關(guān)系受到混凝土的原材料性質(zhì)及配合比的影響；測(cè)試試件的溫度和含水率的影響等，只有綜合考慮各種因素和條件，建立高擬合度的專(zhuān)門(mén)曲線(xiàn)，使用時(shí)才能得到比較滿(mǎn)意的精度。
1. 3 超聲回彈綜合法
超聲回彈綜合法是建立在超聲傳播和回彈值與混凝土抗壓強(qiáng)度之間相互關(guān)系上，以聲速和回彈值來(lái)綜合反映混凝土抗壓強(qiáng)度的一種非破損檢測(cè)方法。
超聲回彈綜合法在一定程度上克服了以單一指標(biāo)評(píng)定混凝土強(qiáng)度的不足，它把石子和測(cè)試面的影響，從檢測(cè)結(jié)果中加以修正，對(duì)于多指標(biāo)綜合，能較全面地反映與混凝土強(qiáng)度有關(guān)的各種要素的作用，提高了測(cè)試精度。
1. 4 鉆芯法
鉆芯法與前3 種方法不同。它用專(zhuān)用取芯機(jī)從被檢測(cè)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上直接鉆取圓柱型的混凝土芯樣，并根據(jù)芯樣的抗壓試驗(yàn)強(qiáng)度，推定混凝土的抗壓強(qiáng)度，是一種較為直觀可靠的檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的方法，由于需要從結(jié)構(gòu)上取樣，對(duì)原結(jié)構(gòu)有局部損傷，所以是一種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的半破損試驗(yàn)方法。
鉆芯法為許多國(guó)家所采用，俄羅斯、美國(guó)、英國(guó)、日本、法國(guó)等都制定了各自的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也提出了相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案（ ISO/ DIS7034） 。
1. 5 拔出法
拔出法試驗(yàn)也是一種半破損檢測(cè)方法，它是用一金屬錨固件預(yù)埋入未硬化的混凝土澆筑構(gòu)件內(nèi)，或在已硬化的混凝土構(gòu)件上鉆孔埋入一膨脹螺栓，然后測(cè)試錨固件或膨脹螺栓被拔出時(shí)的拉力，由被拔出時(shí)的錐臺(tái)型混凝土塊的投影面積確定混凝土的拔出強(qiáng)度，并由此推算出混凝土的抗壓強(qiáng)度。
拔出法在美國(guó)、加拿大、丹麥等國(guó)家已廣泛得到應(yīng)用，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO） 曾提出關(guān)于測(cè)定硬化混凝土拔出強(qiáng)度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案（ ISO/ DIS8046） 。
1. 6 超聲脈沖法
超聲脈沖法是檢測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷和操作應(yīng)用最廣泛的方法，當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土中存在缺陷或損傷時(shí)，超聲脈沖通過(guò)缺陷時(shí)會(huì)產(chǎn)生繞射，傳播的聲速要比相同種類(lèi)材質(zhì)無(wú)缺陷混凝土的傳播聲速要小，聲時(shí)偏長(zhǎng)；缺陷界面上產(chǎn)生反射，因而能量顯著衰減，波幅和頻率明顯降低，接收信號(hào)的波形平緩，甚至發(fā)生畸變，因此可判別混凝土的缺陷與損傷，這在工程驗(yàn)收、事故處理和已建建筑物可靠性鑒定工作中，可為結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和維修，提供可靠的判別依據(jù)。
需要特別注意的是，有波形顯示的超聲檢測(cè)儀方可用于探傷，而無(wú)波形顯示的數(shù)字式聲速儀，只能提供聲時(shí)和聲速作為唯一的判別依據(jù)，容易造成誤判。
1. 7 混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋位置和鋼筋銹蝕檢測(cè)
1. 7. 1 鋼筋位置的檢測(cè)
對(duì)已建混凝土結(jié)構(gòu)作可靠性診斷和對(duì)新建混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量鑒定時(shí)，要求確定鋼筋位置、鋼筋情況，當(dāng)采用鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度時(shí)，為所取部位避開(kāi)鋼筋，也常作鋼筋位置檢測(cè)。
常用的電磁感應(yīng)法檢測(cè)，比較適用于配筋稀疏和混凝土保護(hù)層不太厚的情況，當(dāng)鋼筋位置在同一平面或在不同平面內(nèi)距離較大時(shí)，測(cè)得的結(jié)果比較滿(mǎn)意。
1. 7. 2 鋼筋銹蝕的檢測(cè)
混凝土若質(zhì)量差、工作環(huán)境惡劣或其它原因使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種裂縫，就會(huì)造成鋼筋的銹蝕。而鋼筋銹蝕則導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脹裂、剝落，鋼筋有效面積削弱等，直接影響結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命，而對(duì)已建結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定和可靠度診斷時(shí)，必須對(duì)鋼筋銹蝕進(jìn)行檢測(cè)。
用半電池法測(cè)量鋼筋表面與探頭之間的電位差，以判斷鋼筋銹蝕的可能性及銹蝕程度。
2 砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法
砌體結(jié)構(gòu)主要指磚砌體，砌體強(qiáng)度是由磚塊和砂漿強(qiáng)度或施工時(shí)制做的砌體試塊強(qiáng)度來(lái)決定的，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是直接從砌體結(jié)構(gòu)上截取試樣，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)而砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)導(dǎo)致取樣存在較大難度，取樣時(shí)的擾動(dòng)又會(huì)對(duì)試樣產(chǎn)生較大損傷，從而影響試驗(yàn)結(jié)果。因此，砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)原位非破損或半破損試驗(yàn)方法理所當(dāng)然地受到重視，并廣泛開(kāi)展研究和工程實(shí)際應(yīng)用。
2. 1 砌體強(qiáng)度的間接測(cè)定法
砌體強(qiáng)度與砂漿和磚塊強(qiáng)度有直接關(guān)系。由砂漿和磚塊強(qiáng)度等級(jí)可確定砌體的抗壓強(qiáng)度，間接測(cè)定法就是使用專(zhuān)門(mén)的儀器和專(zhuān)門(mén)的測(cè)試方法，測(cè)量砂漿和磚塊的某一項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)或與材料強(qiáng)度有關(guān)的某一項(xiàng)物理參數(shù)，并由此間接測(cè)定砌體強(qiáng)度。
?。?） 沖擊法。依據(jù)物體破碎時(shí)所消耗的功與破碎過(guò)程中新產(chǎn)生表面積成正比的基本原理、由事先建立的單位功表面積增量和抗壓強(qiáng)度之間的經(jīng)驗(yàn)公式，求得砂漿或磚塊試樣的強(qiáng)度。
（2） 回彈法。檢測(cè)磚塊和砂漿強(qiáng)度的基本原理與混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的回彈法相同，只是采用專(zhuān)門(mén)的砂漿回彈儀，因?yàn)榇u的表面硬度與強(qiáng)度有良好的相關(guān)性，所以，此法精度高，且簡(jiǎn)單、適用。
（3） 推出法。推出法又稱(chēng)頂推法、剪法，具體稱(chēng)單磚單剪法。即把一單磚的頂面、兩側(cè)面砂漿清除，只留底面，用特制的小千斤頂將其“頂出”，在極限狀態(tài)時(shí)，測(cè)得磚與砂漿的粘接抗剪強(qiáng)度，并根據(jù)抗剪強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，推出抗壓強(qiáng)度。
此外尚有筒壓法、點(diǎn)荷法等通過(guò)測(cè)定砂漿的強(qiáng)度來(lái)測(cè)定砌體強(qiáng)度的方法，都已進(jìn)行了大量的研究，取得了一定成果。
2. 2 砌體強(qiáng)度直接測(cè)定法
（1） 抽樣檢測(cè)法。主要包括切割法與取芯法，切割法切割的試件寵大，搬運(yùn)過(guò)程中擾動(dòng)大，造成試驗(yàn)結(jié)果的離散性大，耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力，只限于龐大砌體工程質(zhì)量事故處理及對(duì)其它方法的校準(zhǔn)。取芯法是對(duì)芯樣作抗壓和抗剪試驗(yàn)，對(duì)砌體擾動(dòng)也很大，其試驗(yàn)結(jié)果不太一致。
?。?） 原位檢測(cè)法。主要包括扁頂法、原位軸壓法和原位剪切法。扁頂法是采用扁式液壓測(cè)力器裝入開(kāi)挖的砌體灰縫中進(jìn)行砌體強(qiáng)度的原位檢測(cè)方法，它較好地克服了取樣法的不足，但設(shè)備復(fù)雜，允許的極限應(yīng)變較小，測(cè)定砌體的極限強(qiáng)度受到限制。原位軸壓法是對(duì)扁頂法的改進(jìn)，其原理與其一致，測(cè)定砌體的極限抗壓強(qiáng)度，推算其標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度，缺點(diǎn)是設(shè)備較沉重，使用不便，原位剪切法是在墻體上直接測(cè)試砌體通縫的抗剪強(qiáng)度，由于對(duì)測(cè)試部位有限制，使其應(yīng)用有一定的局限性。
（3） 動(dòng)測(cè)綜合法。動(dòng)測(cè)綜合法是振動(dòng)反演理論在工程上的應(yīng)用。在脈動(dòng)、起振機(jī)共振、自由釋放或沖擊等激振方式的作用下，通過(guò)測(cè)量砌體結(jié)構(gòu)的頻率和振型等參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)識(shí)別理論得到層間剛度，推算出各層砌體軸心抗壓強(qiáng)度，此法從房屋整體出發(fā)，不僅能得到砌體的強(qiáng)度，鑒定房屋的質(zhì)量，便于對(duì)房屋進(jìn)行安全性評(píng)定，隨著檢測(cè)儀器技術(shù)的改進(jìn)，算法的優(yōu)選，結(jié)果的精度不斷提高，很有發(fā)展前途。
?。?） 微觀結(jié)構(gòu)法。聲、波、射線(xiàn)等在材料中傳播時(shí)，會(huì)因材料的微觀結(jié)構(gòu)的判別而不同，由此可推斷出材料的強(qiáng)度。我國(guó)在砌體房屋檢測(cè)的方法有應(yīng)力波法和超聲波法。應(yīng)力波法測(cè)低強(qiáng)和高強(qiáng)砂漿砌體時(shí)，精度不高，超聲波法由于影響因素較多，測(cè)試結(jié)果不理想，有待進(jìn)一步提高。
3 鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法
在我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)形式中，鋼結(jié)構(gòu)也是一種重要的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)已建鋼結(jié)構(gòu)鑒定時(shí)，檢查鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)，了解結(jié)構(gòu)鋼材的力學(xué)性能，最理想的方法就是在結(jié)構(gòu)上截取試樣，由拉伸試驗(yàn)確定其強(qiáng)度，但會(huì)損傷結(jié)構(gòu)，影響它的正常工作，因此，常用的方法有表面硬度法、超聲法等。
3. 1 表面硬度法
表面硬度法由布氏硬度儀測(cè)定，由硬度計(jì)端部的鋼珠受壓時(shí)在鋼材表面和硬度標(biāo)準(zhǔn)試樣上的凹痕直徑，測(cè)得鋼材的強(qiáng)度，換算得到鋼材的強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度。此法在檢測(cè)中，由于儀器簡(jiǎn)單、使用方便、基本無(wú)損害而得到廣泛的應(yīng)用。
3. 2 超聲法檢測(cè)鋼材和焊縫缺陷
超聲法檢測(cè)鋼材，多采用脈沖反射法。超聲波脈沖發(fā)射進(jìn)入被測(cè)材料傳播，無(wú)缺陷時(shí)，不出現(xiàn)缺陷反射波，反之產(chǎn)生部分反射，由于鋼材密度比混凝土大得多，為了能檢測(cè)到較小的缺陷，要求選用較高的超聲頻率，此法比磁粉探傷、射線(xiàn)探傷更有利于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。
4 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)展望
結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)對(duì)工程質(zhì)量事故的檢測(cè)、處理方面，具有重大的應(yīng)用價(jià)值，從國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，該項(xiàng)技術(shù)涉及到多個(gè)學(xué)科的應(yīng)用技術(shù)，應(yīng)進(jìn)一步研究、完善，應(yīng)從以下幾個(gè)方面來(lái)努力、創(chuàng)新。
?。?） 新參數(shù)、新性能指標(biāo)的測(cè)試。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，許多新材料被工程所應(yīng)用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷改進(jìn)，一些新的參數(shù)和新的性能指標(biāo)能夠說(shuō)明新材料和新結(jié)構(gòu)的可靠性，需要不斷研究這些參數(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法，為工程實(shí)踐服務(wù)，是當(dāng)前測(cè)試技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。
?。?） 新思想的引入、對(duì)數(shù)學(xué)模型的創(chuàng)新和改善。在建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法的研究中，引入新思想，不僅要考慮宏觀力學(xué)，還要考慮微觀力學(xué)，深入全面地看問(wèn)題。已有的檢測(cè)方法中用到的經(jīng)驗(yàn)公式有一定的局限性、在新的數(shù)學(xué)模型建立時(shí)，應(yīng)更加注意其邊界條件，擴(kuò)大使用范圍，提高擬合程度。
?。?） 測(cè)量?jī)x器的改進(jìn)。隨著計(jì)算機(jī)的普及與發(fā)展，改進(jìn)測(cè)量?jī)x器成為必然，測(cè)量?jī)x小型化、智能化，使測(cè)試精度不斷提高，以保證現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需要。
?。?） 操作方法的改進(jìn)。結(jié)構(gòu)檢測(cè)儀器的操作方法要日趨簡(jiǎn)單化，使其更適合于大面積建筑工程質(zhì)量的檢測(cè)。 |
| 原作者： 戴建莉 |
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