基于動力響應的結構檢測技術研究

劉發全

(湖南科技學院永大建設工程公司，湖南永州 425106)

1 概述

結構檢測即針對某個或某些需要檢測的結構或構件，根據實際情況中的鑒定要求，結合結構本身的一些基本情況，以相關規范和技術標準為依據，采取相應的檢測行為，并對檢測數據合理地進行處理和分析，從而最終對該待檢測的結構或構件的實際狀態給出科學和準確的鑒定結果。結構檢測主要是圍繞結構的強度、剛度和穩定性指標來對建筑物本身進行相關的檢測和鑒定，從而建立一個對結構的整體認識[1］。

改革開放以來，我國大興土木建設，而土木結構的安全和質量問題與人們的生活息息相關，因而，能有效辨識和鑒定工程結構性能和狀態的結構檢測技術的開發和研究受到了越來越多的學者的關注。眾所周知，結構在設計使用年限范圍內需滿足安全性、適用性和耐久性要求，如果結構由于某些原因導致出現了一些可見或不可見的損傷，則需要對結構本身或結構中最有可能出現損傷的構件進行檢測，當判定結構確實存在安全隱患時，宜對結構采取一些相應的處理措施，如加固或拆除等[2］。一般而言，若存在以下情況，則需進行結構檢測[3-5］:1)設計失誤;2)施工不足;3)不正當的使用或改造;4)酸堿環境變化;5)結構年久失修，安全度不足;6)結構由于各種原因導致裂縫的發生和發展;7)需要保養和維護的古建筑或歷史性建筑。

2 常用結構檢測技術

現今的結構檢測技術均基于現行的各個規范，通過實驗獲得數據，并從中獲取能反映結構或構件實際狀態的性能參數，從而定性以及定量分析結構的實際承載能力以及剩余使用年限。其檢測內容一般包括:1)建筑物中裂縫的開展及分布情況;2)結構位移和變形情況;3)施工質量缺陷及程度，如混凝土強度等級鑒定，是否露筋以及施工是否與設計相符等;4)檢查周邊建筑對結構的影響;5)自然及人為因素對結構的影響。根據不同的劃分原則，檢測技術分類各不相同，為便于敘述，這里根據需要檢測的結構種類把建筑結構檢測方法分為混凝土結構檢測技術、砌體結構檢測技術和鋼結構檢測技術，現分別介紹以上三類檢測技術如下。

2.1 混凝土結構檢測技術

現階段，我國的主要結構的主要形式仍然為鋼筋混凝土結構，因此，混凝土結構檢測技術相對發展較早，且相對較成熟，根據檢測內容及方向的不同，主要包括混凝土材料性能檢測、構件層次檢測以及混凝土強度等級檢測這三個方面。

眾所周知，混凝土是由砂石等骨料以及水泥等多種材料混合而成，是一種離散性很強的非均質材料，由于該材料性能中對超聲脈沖的吸收、散射衰減較大，因此，目前對混凝土材料和構件的檢測通常是采用超聲波檢測，其目的是檢測混凝土內部的均勻性，判斷是否存在裂縫、空洞等。該檢測技術的工作原理簡單明了，即利用超聲波在混凝土中傳播的速度、首波峰值以及波的能量等參數應該基本保持一致，若混凝土內部出現缺陷，如裂縫，則超聲波在裂縫處將產生復雜的反射、折射，因而，接收到的信號將出現畸變，此外，由于裂縫對能量的耗散，對應位置接收的超聲波能量將出現衰減。基于接收的信號的變化，根據一些時程分析手段，超聲波檢測技術基本可以實現混凝土內部缺陷，如裂縫、空洞的有效測定和識別。

目前，混凝土強度等級檢測的方法通常采用的是鉆芯法和回彈法。鉆芯法是指在混凝土結構局部關鍵部位或需重點考察的部位鉆取混凝土芯樣，并通過抗壓試驗測定其抗壓強度，該方法適用于齡期不少于14 d，強度不低于10 MPa的混凝土結構。由鉆芯法的操作過程不難看出，該方法是一種有損檢測技術。

盡管其檢測結果相對可靠，但是取樣的過程中必然對結構或構件造成損傷，尤其是一些關鍵部位，總會不同程度的影響結構的整體性能，因而，該方法無法對結構實現大規模的檢測，以免對結構造成“誤傷”。有別于有損檢測技術，無損檢測技術不會對結構或構件本身造成損傷，如回彈法、超聲法和超聲—回彈綜合法等，但是，無損檢測技術所測定的參數值(如回彈值、聲速值)存在非敏感性問題，這也導致了檢測結構精度相對不高。以上有損檢測和無損檢測技術均具有一定的理論基礎和科學依據，然而，由于混凝土材料本身的離散性，以及普遍存在的各種主觀或客觀上的檢測誤差，這也不可避免的導致了各個檢測結果之間的差異性和不確定性。為了彌補這一缺陷，不少專家建議采用綜合法，該方法將回彈法、鉆芯法和超聲法三種不同的方法得到的不同的檢測結果通過某一函數進行計算，獲得加權均值，從而通過該均值反映結構狀態，由此可見，綜合法綜合利用了以上三種方法的檢測結果，所以具有更高的代表性和可信度。此外，作為一種介于有損檢測和無損檢測技術之間的混凝土強度微破損檢測技術，拔出法具有操作簡便易行，適應性強，對結構損傷小，檢測結果可信度高等優點，其應用也在逐漸普及當中。然而，該方法在我國的研究起步較晚，且受一些特定因素的影響，如成本較高、需預埋件等，其應用范圍不及回彈法和超聲法。

2.2 砌體結構檢測技術

砌體結構具有成本相對低、取材方便、保溫、隔熱、隔音等優點，至今仍然被廣泛應用于我國的建筑結構當中。然而，砌體結構本身也存在自重大、強度低、砂漿與塊體之間的粘結力較弱等缺陷，因此，在外部較強荷載，特別是水平荷載作用下，容易出現結構損傷，隨著損傷的累積和發展，極易導致結構或構件承載力下降以及部分功能喪失，嚴重的甚至導致結構的坍塌破壞，因此，對砌體結構進行必要的檢測也顯得尤為重要。一般而言，砌筑結構檢測通常包括塊材強度檢測、砌體材料強度檢測和砂漿強度檢測等。

根據檢測對象的不同，砌體結構檢測分為直接法和間接法兩大類，分別用來檢測砌體的抗剪抗壓強度和砂漿的強度等級，具體的操作方法很多，如軸壓法、回彈法、原位單剪法、推出法、原位單磚雙剪法、筒壓法、射釘法等。直接法可以通過試驗直接測試砌體的強度參數，從而反映結構材料性能以及施工質量問題，其不足在于檢測工作量較大，且對砌體不可避免地存在一定的損傷;間接法可以通過測試與砂漿強度有關的物理參數，從而估計砂漿的強度等級，但是，進行強度等級估計時，容易導致測試誤差增大，因而，具有一定的局限性，該方法的優點在于操作簡便，基本屬于無損檢測一類。由此可見，砌體結構的檢測方法的選用應視實際情況而定，綜合各方面的因素，合理的選用以上兩種方法或兩者的結合法。

2.3 鋼結構檢測技術

鋼結構檢測技術主要是用來檢測鋼結構或鋼構件的質量或性能的方法。其檢測的內容可分為材料性能、鋼結構或構件之間的連接、結構變形與破損、構件的外觀與尺寸檢測等。與混凝土結構和砌體結構相比，鋼材本身是一種勻質材料，其強度、剛度、塑性與韌性均能直接、有效測量，且測量方法相對成熟簡單。此外，機械、冶金、化工等工業部門發展了相對成熟的鋼材損傷檢測方法，因而，土木工程中，鋼結構檢測技術的發展借鑒和學習了國內其他行業的成熟方法。

鋼材最大的缺點是在潮濕和酸堿環境下的易腐蝕性、耐火性差，因此，鋼結構的檢測內容主要包括鋼材本身的性能檢測、結構內各節點處的連接缺陷檢測、鋼材銹蝕程度檢測以及鋼材表面涂層厚度檢測。常用的檢測方法有:超聲波無損檢測、磁粉檢測、射線檢測、滲透檢測、渦流檢測等。

3 結構檢測技術發展趨勢

近幾十年來，許多學者致力于結構檢測技術的研究和開發，各種檢測技術也被廣泛應用于我國的土木工程建設，然而，一方面為了進一步提高檢測結果的可靠性和準確性，另一方面為了進一步改進各檢測技術，提高其對復雜實際情況的適應性以及實際工程中的可操作性，仍然有不少問題有待解決。

1)完善現有的檢測理論，提出和發展新的檢測理論。各檢測方法的改進和完善是建立在檢測理論的提高以及數據處理和分析手段改善的基礎上的，因此，通過理論研究，不斷發掘適合實際情況且具有較高檢測精度的理論和方法是一個不可回避的問題。

2)提出和改進新的檢測技術手段。隨著我國基礎建設的不斷深入，結構檢測中的實際需求越來越多，檢測環境以及檢測條件越來越復雜化，實際工程中對檢測結果的準確性、檢測技術的可操作性和便捷性提出了越來越高的要求，因此，不斷發掘新的環境適應性強的結構檢測技術將成為必然的趨勢。

3)不斷更新和改良檢測儀器。檢測儀器質量的優劣、測試精度的高低、測試時受周邊環境影響的程度的強弱以及使用過程中的便捷程度都將不可避免的影響結構檢測結果的準確性，因此，結構檢測要求檢測儀器具有精度高、可操作性強、環境適應性強以及攜帶方便等特點，這也一直是檢測儀器改良的方向。

4)發展新型智能材料，引入新的檢測量，進一步擴展檢測的范圍和方向。隨著研究的不斷深入，各種性能優異的新型材料不斷涌現，基于這些新型智能材料的傳感器不斷出現并逐漸應用于工程結構中，如光纖光柵傳感器、基于壓電材料的傳感器等，這些新型智能材料的出現也為結構檢測技術的發展注入了新鮮的血液。

4 結語

建筑結構檢測的目的是為了認知結構的實際狀態，研究其安全儲備并預測其剩余使用年限，為了適應日益復雜的檢測需求和現場環境，檢測技術需要不斷的創新和改進，此外，根據實際情況采用合理的檢測方法和手段也顯得尤為重要。

[1]高 頌.論建筑工程結構檢測的技術運用[J］.廣西質量監督導報，2008(2):51-52.

[2]徐鎮凱，袁志軍，胡濟群.建筑結構檢測與加固方法[J］.工程力學，2006，23(sup):117-130.

[3]洪成偉，修海明.建筑結構檢測與加固施工技術的探討[J］.民營科技，2011(1):236.

[4]楊 亮，繳立強.淺談建筑工程結構檢測[J］.城市建設，2010，69(25):138-139.

[5]其米旺姆.淺談建筑結構檢測[J］.中國西部科技，2009，8(31):20-21.