關于土木工程結構損傷診斷的研究

摘要：建筑結構在建設和使用過程中由于初始缺陷的存在及荷載和環境的共同作用，使結構在使用中產生不同程度的損傷，結合實際，針對土木工程結構損傷診斷方法進行探討。

關鍵詞：土木工程；損傷診斷；檢測

土木工程結構損傷檢測技術一般可分為局部檢測和整體檢測兩大類。局部檢測與評定針對的對象是具體可疑的結構構件，即通常所說的無損檢測與評價，其技術已經比較成熟，如聲發射法、超聲法、射線法、渦流法、光學診斷法、磁粉法、泄漏法、紅外診斷法、探地雷達法等，局部檢測目的性極強，檢測結果具體、準確，一般也要求能觸及被測構件，多用在結構目標部位的常規檢測，檢測結果可直接作為結構維修加固的依據。其缺陷是工作繁瑣，費用高，無法對大型復雜結構或事先無法預測損傷位置的結構是進行全面檢查，只有在整體檢測方法確定目標部位以后使用較為合適，而且無法給出整體結構的受損程度信息。因此，人們試圖通過對結構整體特性和響應(如變形、頻率、相位、振型、阻尼與狀態反應等)的測量和分析對結構損傷進行檢測與評價，這就是整體檢測法，它可以確定損傷存在的可疑區域和損傷程度。整體檢測法是一個結構分析的反問題，在已知結構響應和荷載作用，甚至只知道結構響應的情況下確定結構參數，并進一步預測結構性能。

1、混凝土結構現場檢測方法

混凝土結構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較為直觀，稱為破損性實驗。由于試件中的混凝土與結構中的混凝土質量、受力狀況及各種條件不可能完全一致，而且對于建筑結構的現場檢測也不太適用。

20世紀30年代混凝土非破損檢測方法發展起來了，如回彈法、超聲脈沖法等在無損傷混凝土的條件下進行現場檢測。

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，測量混凝土的表面硬度推算抗壓強度，是混凝土結構現場檢測中常用的一種非破損試驗方法，我國已編制了規范。

回彈法的主要優點是：儀器構造簡單，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，對存在有質量疑問區域的混凝土，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，找出混凝土抗壓強度與這些參數的關系，確定其抗壓強度。混凝土是各向異性的多相復合材料，內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中復雜得多，產生反射、折射和散射現象，并出現較大衰減，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系受到混凝土的原材料性質及配合比的影響；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，從檢測結果中加以修正，對于多指標綜合，能較全面地反映與混凝土強度有關的各種要素的作用，提高了測試精度。

2、砌體結構的現場檢測方法

砌體結構主要指磚砌體，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，傳統的檢測方法是直接從砌體結構上截取試樣，進行抗壓強度試驗而砌體結構的特點導致取樣存在較大難度，取樣時的擾動又會對試樣產生較大損傷，從而影響試驗結果。因此，砌體結構的現場原位非破損或半破損試驗方法理所當然地受到重視，并廣泛開展研究和工程實際應用。

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或與材料強度有關的某—項物理參數，并由此間接測定砌體強度。

2.1.1沖擊法。依據物體破碎時所消耗的功與破碎過程中新產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驗公式，求得砂漿或磚塊試樣的強度。

2.1.2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性，所以，此法精度高，且簡單、適用。

2.1.3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”，在極限狀態時，測得磚與砂漿的粘接抗剪強度，并根據抗剪強度與抗壓強度的關系，推出抗壓強度。

2.2砌體強度直接測定法

2.2.1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量事故處理及對其它方法的校準。取芯法是對芯樣作抗壓和抗剪試驗，對砌體擾動也很大，其試驗結果不太一致。

2.2.2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，但設備復雜，允許的極限應變較小，鍘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。推算其標準抗壓強度，缺點是設備較沉重，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，使其應用有一定的局限性。

2.2.3動測綜合法。動測綜合法是振動反演理論在工程上的應用。在脈動、起振機共振、自由釋放或沖擊等激振方式的作用下，通過測量砌體結構的頻率和振型等參數，根據系統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，不僅能得到砌體的強度，鑒定房屋的質量，便于對房屋進行安全性評定，隨著檢測儀器技術的改進，算法的優選，結果的精度不斷提高，很有發展前途。

2.2.4微觀結構法。聲、渡、射線等在材料中傳播時，會因材料的微觀結構的判別而不同，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力波法和超聲波法。應力波法測低強和高強砂漿砌體時，精度不高，超聲波法由干影響因素較多，測試結果不理想，有待進一步提高。

3、結論

結構現場檢測技術對工程質量事故的檢測、處理方面，具有重大的應用價值，從國內外的發展狀況來看，該項技術涉及到多個學科的應用技術，應進一步研究、完善，應從以下幾個方面來努力，創新：

3.1新參數、新性能指標的測試。隨著材料科學的發展，許多新材料被工程所應用，建筑結構設計的不斷改進，一些新的參數和新的性能指標能夠說明新材料和新結構的可靠性，需要不斷研究這些參數指標的測試方法，為工程實踐服務，是當前測試技術發展的趨勢。

3.2新思想的引入、對數學模型的創新和改善。在建筑結構檢測方法的研究中，引入新思想，不僅要考慮宏觀力學，還要考慮微觀力學，深入全面地看問題。已有的檢測方法中用到的經驗公式有—定的局限性、在新的數學模型建立時，應更加注意其邊界條件，擴大使用范圍，提高擬合程度。

參考文獻

[1]王蘇巖建筑結構現場檢測方法評析

[2]張有才建筑物的檢測、鑒定，加固與改造[M].北京冶金工業出版社，2001