鋼筋混凝土結構的檢測與評定

劉昱彤

(山西省建筑設計研究院，山西太原 030013)

近幾年，結構檢測加固越來越受到人們的重視，對檢測加固技術的要求也越來越高。在建筑的存續期內，由于各種災害，以及外界各種因素的作用和影響，導致建筑結構產生病害，出現缺陷，嚴重影響到建筑的正常使用及人民的生命財產安全。對結構進行健康檢測評定的目標是用科學的方法明確既有結構的損傷程度及損傷部位，并且定量地評定結構及構件的健康狀態，評估已有建筑物的當前性能，從而為建筑物加固、賠償等相關后續處理提供依據和基礎。

從新中國成立至今已有40多年，當年建造的一批鋼筋混凝土結構的辦公樓、商場、廠房等許多已存在著各種問題，同時，由于使用用途的變化、維修不當以及施工時的質量隱患、二次裝修的野蠻施工，新近建造的許多房屋也存在不同程度的損傷。汶川地震后，對地震設防區的抗震加固也被提到了工作日程。對既有建筑結構進行性能檢測和評估非常必要。該行業也在近幾年蓬勃發展起來，從業人員逐漸增加。優秀的結構檢測與評定人員應該具備明確的力學概念與良好的技術實踐能力。與新建結構的設計相比，從事結構的檢測與評定工作需要設計者具有良好的力學概念，實際的設計成果與設計師的實踐經驗將有很大關聯。

1 鋼筋混凝土結構的檢測

建筑的承載能力是根據設計時所采用的荷載等級來確定的，而荷載等級又由各個時期所頒布的建筑設計規范所規定。我國建筑設計規范隨著科技的進步和社會的發展，有過多次修訂。雖然這些規范的制定充分考慮了當時的遠景經濟發展和社會諸多方面的需求，體現了當時的最先進技術，適應當時的建筑材料，但仍然難以擺脫歷史的局限性。

當建筑物出現上述問題時，若要全部進行重建，不僅耗資巨大，給國家造成較大的經濟損失，且不利于環保，結合我國當前國情與財力，舊房屋的加固維修、改建問題日顯重要和突出，只有通過加固維修才能提高現有房屋使用能力及安全系數，從而保障建筑的可持續使用。檢驗測試技術是基礎，為鑒定與評估工作提供必要的信息和基本數據。

混凝土結構的檢測包括混凝土強度的檢測、混凝土缺陷的檢測、結構幾何參數的檢測、耐久性檢測四個方面［1］。在實際進行時應注意采用多種方法互相校準并應有足夠的抽樣檢驗數量及范圍，以保證檢測結論的科學、客觀、公正。

1.1 混凝土強度的檢測

目前測試方法主要有回彈法、超聲法、超聲—回彈綜合法、鉆芯法等。回彈法作為一種非破損、成本低廉、操作簡便的強度檢測方法，在實際工程中廣泛應用。該方法建立在混凝土的抗壓強度fcu與回彈值R之間的函數關系fcu=f(R)的基礎上，當重錘被拉到沖擊前的起始狀態時，若重錘的質量等于1，則這時重錘所具有的勢能e為:

其中，Es為拉力彈簧的剛度系數;l為拉力彈簧起始拉伸長度。

混凝土受沖擊后產生瞬時彈性變形，其恢復力讓重錘彈回，當重錘被彈回到x位置時所具有的勢能ex為:

其中，x為重錘反彈位置。

在這過程中，重錘所消耗的能量為:

利用非破損、半破損方法及其他物理量推定混凝土結構的實際強度，受到混凝土組成成分變化、檢測手段的影響，以及檢測數量、范圍的限制，有很大的局限性。宜采用多種方法互相校準或用同條件養護試件反映。

1.2 混凝土缺陷的檢測

混凝土構件中常見的缺損有裂縫、碎裂、剝落、層離、蜂窩、空洞、環境侵蝕和鋼筋銹蝕等［2］。裂縫檢驗一般觀察、量測、描繪裂縫所在的構件、位置、形態、走向、寬度以及穩定性;表面缺陷檢驗一般觀察、描繪露筋、蜂窩、孔洞、夾渣、疏松及其他外形、外表缺陷;內部缺陷檢驗一般用超聲法或雷達波法確定內部缺陷的范圍及性質。對檢測結果進行分析，視其對結構性能及安裝使用功能的影響程度，區分一般缺陷及嚴重缺陷;同時分析其原因，供評定(鑒定)及加固(處理)參考。

1.3 結構幾何參數的檢測

結構幾何參數的量測涉及對結構實際受力狀態的分析，包括尺寸偏差、過大變形、鋼筋移位的檢測。檢測過程中應選擇對結構性能有明顯影響的項目，并通過量測、分析供評定(鑒定)及加固(處理)參考。

尺寸偏差的檢測通過量測實際結構的截面尺寸、墻柱偏斜、標高偏差及其他類型的尺寸偏差值的方法實現;過大變形的檢測通過對實際結構構件明顯撓度、構件偏斜、翹曲扭轉的量測的方法實現;鋼筋移位的檢測通過對存疑截面鋼筋位置進行量測并核實受力鋼筋規格、數量的方法實現。

1.4 耐久性檢測

耐久性檢測應注意“度”的確定，以供評定(鑒定)及加固(處理)作為依據。可從設計施工資料，竣工驗收報告，承載服役歷史，使用維修記錄以及其他有關資料，結構環境等級，暴露程度，氣候條件，使用狀態，有害介質(氯鹽等)以及其他因素的影響情況，碳化深度，酥裂范圍，氯離子侵入深度及含量，堿含量以及其他腐蝕性介質的情況，鋼筋、器件、焊縫、接頭的觀察，銹蝕程度描述，截面(強度)損失率及有關情況等方面進行分析檢測。

2 鋼筋混凝土結構的安全評定

自A.M.Freudental教授將可靠度概念引入土木工程領域，許多學者都在積極探索應用可靠指標進行結構耐久性鑒定。結構抗力和荷載效應都具有概率統計的意義，因而常借用可靠度的概念。我國的結構荷載設計規范中給出了一定的可靠度和相應的失效概率。一般而言，建筑物的安全與否可通過結構抗力與荷載效應的相對大小來判斷，并為區分不同建筑物的重要程度而在公式中引入結構重要性系數。由于結構安全的概念是相對的，在設計中，一般從概率的角度進行分析，通過控制失效概率來進行結構安全評定。

目前，對建筑的檢測評定一般有三種方法，即傳統經驗法、實用評定方法和概率評定法。通過不同方法，對建筑結構的系統檢測，判斷結構或構件的損傷程度及部位，進而以分等定級的形式來評定建筑物的健康狀態。

2.1 傳統經驗法

傳統經驗法的程序簡單，易操作。該方法以原有的設計規范為依據，由經驗豐富的專家通過現場觀察和簡單的計算分析，根據專家的專業知識和工程經驗直接對建筑物做出評價。該方法通過調查、觀測、驗算等手段，依次對結構的承載能力、構造、裂縫和變形進行測定，并參照規范［3］中提供的具體評定指標，進行子結構等級的劃分。按照各子結構的等級進行建筑物的綜合評定，最終給出建筑物的安全性評級及使用性評級，對其適修性進行評估，并撰寫鑒定報告。

由于此方法缺乏系統性，難以對結構的性能和狀態做出全面分析，帶有較大主觀性。并考慮到責任承擔的因素，一般工程處理方案偏于保守，這樣容易造成浪費。

2.2 實用評定方法

該方法有較好的技術支持和理論背景，對建筑物的評定較準確，有比較統一的鑒定程序和標準，可以進行比較準確的定量評價，可作為建筑加固維修、改造處理方案的可靠技術依據。

該方法首先對建筑物及其環境進行縝密的調查、檢查和測試;然后借助計算機技術，運用科學的分析方法，對結構的當前性能狀態進行分析;借用相關手段，分析結構目前存在的問題及成因;最后，參照現行標準規范，從安全性、適用性多個方面綜合評定建筑。

該方法技術較為復雜，一般需由專門的技術機構承擔評定工作，評價成本較傳統經驗法高。

2.3 概率評定法

該方法利用統計推斷方法分析對結構產生影響的各種不確定性因素，通過采集分析已有建筑物和環境信息，對結構健康狀態做出評價。該方法理論依據較強，但其評定結論更符合測評建筑物的實際情況。

長期以來，對服役結構的工作性能鑒定一直依賴于有經驗的技術人員根據現場檢測和必要的結構驗算，以及其知識背景甚至是直覺做出評價和處理。這類方法的鑒定結果會因人而異，特別是往往為了避免個人承擔風險，而顯得過于保守。鋼筋混凝土結構的量化評定方法還有待完善。關于既有房屋的檢測評定研究，國外研究起步較早，目前國內學者也開始關注。各種檢測技術不斷涌現，如各種無損檢測技術。檢測評價方法也多種多樣，如脆弱性評價、動力特性檢測方法等。

［1］霍凱成.建筑結構檢測鑒定與加固［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2003.

［2］彭圣浩.建筑工程質量通病防治手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2003.

［3］GB 50367-2006，混凝土結構加固技術規范［S］.