建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測方法評析與展望
2006-09-14 00:00
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關(guān)鍵詞: 建筑結(jié)構(gòu)；檢測方法；非破損檢測；強度
0 引言
建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測，按不同結(jié)構(gòu)、不同材料可分為:混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測和鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測，本文試對其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行分析和展望。
1 混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測方法
混凝土結(jié)構(gòu)宏觀性能試驗方法是“試件試驗”。這類方法以試件破壞時的實測值，作為判斷混凝土性能的依據(jù)較為直觀，稱為破損性實驗，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，而且對于建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測也不太適用。
20 世紀(jì)30 年代混凝土非破損檢測方法發(fā)展起來了，如回彈法、超聲脈沖法等在不破損混凝土的條件下進行現(xiàn)場檢測。
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)，測量混凝土的表面硬度推算抗壓強度，是混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測中常用的一種非破損試驗方法，我國已編制了規(guī)范。
回彈法的主要優(yōu)點是:儀器構(gòu)造簡單，方法易于掌握，檢測效率高，費用低廉，影響因素較少，但還存在一定不足:回彈值受碳化深度、測試角度的影響，石子種類對其也有影響，要對回彈值進行不同的修正，對存在有質(zhì)量疑問區(qū)域的混凝土，需用其它方法進行進一步檢測。
1. 2 超聲脈沖法
用超聲脈沖法檢測混凝土強度是測試超聲波在混凝土中的傳播參數(shù)，找出混凝土抗壓強度與這些參數(shù)的關(guān)系，確定其抗壓強度。
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混凝土強度雖然能夠檢測出混凝土內(nèi)部存在的問題，但是對測試儀器、換能器與混凝土的強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，建立高擬合度的專門曲線，使用時才能得到比較滿意的精度。
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度之間相互關(guān)系上，以聲速和回彈值來綜合反映混凝土抗壓強度的一種非破損檢測方法。
超聲回彈綜合法在一定程度上克服了以單一指標(biāo)評定混凝土強度的不足，它把石子和測試面的影響，從檢測結(jié)果中加以修正，對于多指標(biāo)綜合，能較全面地反映與混凝土強度有關(guān)的各種要素的作用，提高了測試精度。
1. 4 鉆芯法
鉆芯法與前3 種方法不同。它用專用取芯機從被檢測的結(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)芯樣的抗壓試驗強度，推定混凝土的抗壓強度，是一種較為直觀可靠的檢測混凝土強度的方法，由于需要從結(jié)構(gòu)上取樣，對原結(jié)構(gòu)有局部損傷，所以是一種現(xiàn)場檢測的半破損試驗方法。
鉆芯法為許多國家所采用，俄羅斯、美國、英國、日本、法國等都制定了各自的標(biāo)準(zhǔn)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也提出了相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)草案（ ISO/ DIS7034） 。
1. 5 拔出法
拔出法試驗也是一種半破損檢測方法，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，然后測試錨固件或膨脹螺栓被拔出時的拉力，由被拔出時的錐臺型混凝土塊的投影面積確定混凝土的拔出強度，并由此推算出混凝土的抗壓強度。
拔出法在美國、加拿大、丹麥等國家已廣泛得到應(yīng)用，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO） 曾提出關(guān)于測定硬化混凝土拔出強度的國際標(biāo)準(zhǔn)草案（ ISO/ DIS8046） 。
1. 6 超聲脈沖法
超聲脈沖法是檢測混凝土內(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，超聲脈沖通過缺陷時會產(chǎn)生繞射，傳播的聲速要比相同種類材質(zhì)無缺陷混凝土的傳播聲速要小，聲時偏長；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)補強和維修，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儀方可用于探傷，而無波形顯示的數(shù)字式聲速儀，只能提供聲時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
1. 7. 1 鋼筋位置的檢測
對已建混凝土結(jié)構(gòu)作可靠性診斷和對新建混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量鑒定時，要求確定鋼筋位置、鋼筋情況，當(dāng)采用鉆芯法檢測混凝土強度時，為所取部位避開鋼筋，也常作鋼筋位置檢測。
常用的電磁感應(yīng)法檢測，比較適用于配筋稀疏和混凝土保護層不太厚的情況，當(dāng)鋼筋位置在同一平面或在不同平面內(nèi)距離較大時，測得的結(jié)果比較滿意。
1. 7. 2 鋼筋銹蝕的檢測
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，就會造成鋼筋的銹蝕。而鋼筋銹蝕則導(dǎo)致混凝土保護層脹裂、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，而對已建結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)鑒定和可靠度診斷時，必須對鋼筋銹蝕進行檢測。
用半電池法測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)場檢測方法
砌體結(jié)構(gòu)主要指磚砌體，砌體強度是由磚塊和砂漿強度或施工時制做的砌體試塊強度來決定的，傳統(tǒng)的檢測方法是直接從砌體結(jié)構(gòu)上截取試樣，進行抗壓強度試驗而砌體結(jié)構(gòu)的特點導(dǎo)致取樣存在較大難度，取樣時的擾動又會對試樣產(chǎn)生較大損傷，從而影響試驗結(jié)果。因此，砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場原位非破損或半破損試驗方法理所當(dāng)然地受到重視，并廣泛開展研究和工程實際應(yīng)用。
2. 1 砌體強度的間接測定法
砌體強度與砂漿和磚塊強度有直接關(guān)系。由砂漿和磚塊強度等級可確定砌體的抗壓強度，間接測定法就是使用專門的儀器和專門的測試方法，測量砂漿和磚塊的某一項強度指標(biāo)或與材料強度有關(guān)的某一項物理參數(shù)，并由此間接測定砌體強度。
?。?） 沖擊法。依據(jù)物體破碎時所消耗的功與破碎過程中新產(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度之間的經(jīng)驗公式，求得砂漿或磚塊試樣的強度。
?。?） 回彈法。檢測磚塊和砂漿強度的基本原理與混凝土強度檢測的回彈法相同，只是采用專門的砂漿回彈儀，因為磚的表面硬度與強度有良好的相關(guān)性，所以，此法精度高，且簡單、適用。
?。?） 推出法。推出法又稱頂推法、剪法，具體稱單磚單剪法。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，測得磚與砂漿的粘接抗剪強度，并根據(jù)抗剪強度與抗壓強度的關(guān)系，推出抗壓強度。
此外尚有筒壓法、點荷法等通過測定砂漿的強度來測定砌體強度的方法，都已進行了大量的研究，取得了一定成果。
2. 2 砌體強度直接測定法
?。?） 抽樣檢測法。主要包括切割法與取芯法，切割法切割的試件寵大，搬運過程中擾動大，造成試驗結(jié)果的離散性大，耗費大量的人力、財力，只限于龐大砌體工程質(zhì)量事故處理及對其它方法的校準(zhǔn)。取芯法是對芯樣作抗壓和抗剪試驗，對砌體擾動也很大，其試驗結(jié)果不太一致。
?。?） 原位檢測法。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力器裝入開挖的砌體灰縫中進行砌體強度的原位檢測方法，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，測定砌體的極限強度受到限制。原位軸壓法是對扁頂法的改進，其原理與其一致，測定砌體的極限抗壓強度，推算其標(biāo)準(zhǔn)抗壓強度，缺點是設(shè)備較沉重，使用不便，原位剪切法是在墻體上直接測試砌體通縫的抗剪強度，由于對測試部位有限制，使其應(yīng)用有一定的局限性。
?。?） 動測綜合法。動測綜合法是振動反演理論在工程上的應(yīng)用。在脈動、起振機共振、自由釋放或沖擊等激振方式的作用下，通過測量砌體結(jié)構(gòu)的頻率和振型等參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)識別理論得到層間剛度，推算出各層砌體軸心抗壓強度，此法從房屋整體出發(fā)，不僅能得到砌體的強度，鑒定房屋的質(zhì)量，便于對房屋進行安全性評定，隨著檢測儀器技術(shù)的改進，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、射線等在材料中傳播時，會因材料的微觀結(jié)構(gòu)的判別而不同，由此可推斷出材料的強度。我國在砌體房屋檢測的方法有應(yīng)力波法和超聲波法。應(yīng)力波法測低強和高強砂漿砌體時，精度不高，超聲波法由于影響因素較多，測試結(jié)果不理想，有待進一步提高。
3 鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測方法
在我國的建筑結(jié)構(gòu)形式中，鋼結(jié)構(gòu)也是一種重要的結(jié)構(gòu)形式，對已建鋼結(jié)構(gòu)鑒定時，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，由拉伸試驗確定其強度，但會損傷結(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定，由硬度計端部的鋼珠受壓時在鋼材表面和硬度標(biāo)準(zhǔn)試樣上的凹痕直徑，測得鋼材的強度，換算得到鋼材的強度、屈服強度。此法在檢測中，由于儀器簡單、使用方便、基本無損害而得到廣泛的應(yīng)用。
3. 2 超聲法檢測鋼材和焊縫缺陷
超聲法檢測鋼材，多采用脈沖反射法。超聲波脈沖發(fā)射進入被測材料傳播，無缺陷時，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、射線探傷更有利于現(xiàn)場檢測。
4 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)展望
結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)對工程質(zhì)量事故的檢測、處理方面，具有重大的應(yīng)用價值，從國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r來看，該項技術(shù)涉及到多個學(xué)科的應(yīng)用技術(shù)，應(yīng)進一步研究、完善，應(yīng)從以下幾個方面來努力、創(chuàng)新。
（1） 新參數(shù)、新性能指標(biāo)的測試。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)計的不斷改進，一些新的參數(shù)和新的性能指標(biāo)能夠說明新材料和新結(jié)構(gòu)的可靠性，需要不斷研究這些參數(shù)指標(biāo)的測試方法，為工程實踐服務(wù)，是當(dāng)前測試技術(shù)發(fā)展的趨勢。
?。?） 新思想的引入、對數(shù)學(xué)模型的創(chuàng)新和改善。在建筑結(jié)構(gòu)檢測方法的研究中，引入新思想，不僅要考慮宏觀力學(xué)，還要考慮微觀力學(xué)，深入全面地看問題。已有的檢測方法中用到的經(jīng)驗公式有一定的局限性、在新的數(shù)學(xué)模型建立時，應(yīng)更加注意其邊界條件，擴大使用范圍，提高擬合程度。
?。?） 測量儀器的改進。隨著計算機的普及與發(fā)展，改進測量儀器成為必然，測量儀小型化、智能化，使測試精度不斷提高，以保證現(xiàn)場檢測的需要。
?。?） 操作方法的改進。結(jié)構(gòu)檢測儀器的操作方法要日趨簡單化，使其更適合于大面積建筑工程質(zhì)量的檢測。 |
| 原作者： 戴建莉 |
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