建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)與應(yīng)用綜述

趙曉華等

摘要：建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量管理和監(jiān)控工作越來越受到各建設(shè)主管部門的重視，建筑結(jié)構(gòu)檢測已成為建筑工程質(zhì)量安全保障體系中的重要組成部分。本文闡述了建筑結(jié)構(gòu)檢測發(fā)展、主要原因、檢測的主要內(nèi)容和原則，系統(tǒng)分析了建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)檢測、砌體結(jié)構(gòu)檢測、鋼結(jié)構(gòu)檢測和鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)檢測等四種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)檢測；結(jié)構(gòu)無損檢測；超聲法；混凝土結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)

【中圖分類號】TU366.2

國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目（201410397011），福建省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目（Sj201210397732；Sj201210397737），武夷學(xué)院土木工程特色專業(yè)建設(shè)（Xj2012022），廣東省高等學(xué)校結(jié)構(gòu)與風(fēng)洞重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（201404）。

一、建筑結(jié)構(gòu)檢測及其發(fā)展概述

建筑結(jié)構(gòu)是否安全可靠是評價(jià)建筑工程最重要的指標(biāo)。結(jié)構(gòu)的功能要求概括起來為結(jié)構(gòu)的可靠性，即建筑結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)），應(yīng)滿足安全性，適用性和耐久性的要求。由于建筑結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)、施工到使用要經(jīng)歷一個(gè)較長時(shí)期，而由于設(shè)計(jì)缺陷、施工技術(shù)或質(zhì)量問題、建筑所處環(huán)境、使用條件變化、以及其他一些人為或者非人為因素的影響，使得大部分建筑都存在或多或少的病害。建筑病害是建筑工程質(zhì)量事故和質(zhì)量缺陷的統(tǒng)稱。為評定建筑結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量或鑒定既有建筑結(jié)構(gòu)的性能等，或當(dāng)建筑物由于某種原因不能滿足某項(xiàng)功能的要求或?qū)M足某項(xiàng)功能的要求產(chǎn)生懷疑時(shí)，需要對建筑物的整體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的某一部分或某些構(gòu)件進(jìn)行檢測[1-2]。正如：西醫(yī)看病需要對病人進(jìn)行化驗(yàn)、透視；中醫(yī)看病需要“望聞問切”。建筑結(jié)構(gòu)檢測需要以實(shí)驗(yàn)、測試和量測為手段，根據(jù)所測得的反映結(jié)構(gòu)或構(gòu)件實(shí)際工作性能的有關(guān)參數(shù)，判斷和評定建筑材料力學(xué)性能、構(gòu)件缺陷和損傷狀況以及結(jié)構(gòu)的承載能力和安全儲備。

我國建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代，天津建筑儀器廠引進(jìn)并生產(chǎn)出我國第一代能量為2.207J的混凝土回彈儀。此后在近二十年的大量工程實(shí)踐與研究基礎(chǔ)上，我國頒布并實(shí)施了現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《回彈法評定混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（ JGJ23-85）。此后，我國進(jìn)行大量的專項(xiàng)檢測設(shè)備和專項(xiàng)檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用工作，并在工程實(shí)踐基礎(chǔ)上，編制了一系列的專項(xiàng)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

二、建筑結(jié)構(gòu)檢測的主要原因

建筑結(jié)構(gòu)的檢測可分為在建建筑結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的檢測和既有建筑結(jié)構(gòu)性能的檢測。比較這兩類檢測，檢測內(nèi)容大都相同，只是既有建筑物結(jié)構(gòu)性能檢測可能面對的結(jié)構(gòu)損傷與材料老化問題要多一些，現(xiàn)場檢測遇到問題的難度要大一些。

因此，建筑結(jié)構(gòu)檢測不僅對在建、新建工程安全性能的評定起重要作用，而且為既有建筑的鑒定評價(jià)、危舊房屋的更新改造、古建筑和受損結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)等提供直接的技術(shù)參數(shù)。

三、建筑結(jié)構(gòu)檢測的內(nèi)容與項(xiàng)目

建筑結(jié)構(gòu)檢測時(shí)應(yīng)根據(jù)委托方的要求、結(jié)構(gòu)實(shí)際情況或工程特點(diǎn)確定重點(diǎn)內(nèi)容。一般而言，建筑結(jié)構(gòu)檢測的內(nèi)容按屬性可分為三方面：（1）幾何量和數(shù)量方面的檢測，主要檢測項(xiàng)目包括：建筑物位移變形（如梁的撓度是否過大、建筑物垂直度、地基基礎(chǔ)沉降），結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸與偏差，混凝土保護(hù)層厚度，鋼材涂層厚度，鋼筋直徑、位置和數(shù)量，裂縫寬度和深度，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空洞和蜂窩等缺陷的位置和范圍，酸堿和火災(zāi)等損傷的位置和厚度；（2）物理力學(xué)性能方面的檢測，主要檢測項(xiàng)目有：構(gòu)件和材料強(qiáng)度（如鋼筋的抗拉和冷彎等力學(xué)性能、混凝土材料強(qiáng)度、砌體強(qiáng)度和砌體結(jié)構(gòu)的砂漿強(qiáng)度），地基的承載能力，樁的承載能力，預(yù)制板的承載能力，結(jié)構(gòu)自振周期等；（3）化學(xué)性能方面的檢測，主要檢測項(xiàng)目有：混凝土碳化，鋼筋或鋼材銹蝕，有害離子檢測等。

四、建筑結(jié)構(gòu)檢測的原則

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)檢測時(shí)，應(yīng)遵循的四大原則：（1）原則一：“必須、夠用”原則。也就是說，建筑結(jié)構(gòu)檢測的范圍、內(nèi)容和數(shù)量應(yīng)根據(jù)鑒定評級的需要來確定，既不能隨意省略檢測內(nèi)容，也不要盲目擴(kuò)大檢測內(nèi)容，應(yīng)按照《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50344-2004）規(guī)定確定抽樣檢測的最小樣本容量。（2）原則二：針對性原則。因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)的種類很多，結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀千差萬別，必須在建筑結(jié)構(gòu)檢測時(shí)應(yīng)在初步調(diào)查的基礎(chǔ)上，針對每一個(gè)具體的工程制定檢測方案。（3）原則三： 規(guī)范性原則。在建筑結(jié)構(gòu)檢測過程中所采用測試方法必須符合國家有關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測儀器必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，檢測單位必須具備相應(yīng)資質(zhì)，檢測人員必須取得上崗證書。（4）原則四：科學(xué)性原則。被測構(gòu)件的抽取、測試手段的確定、測試數(shù)據(jù)的處理必須具有科學(xué)性，而不應(yīng)頭腦里先有結(jié)論，然后再把檢測作為證明結(jié)論的手段來對待。

五、建筑結(jié)構(gòu)檢測方法與應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)檢測方法有很多種分類方法。根據(jù)檢測時(shí)對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件破壞的程度，分為：（1）非破損檢測法（無損檢測），如，混凝土結(jié)構(gòu)的回彈法、超聲波法以及超聲-回彈綜合法等，再如，鋼結(jié)構(gòu)的射線檢、渦流檢、磁粉檢測等；（2）半破損檢測法，如，取芯法、拉拔法，射釘法等；（3）破損檢驗(yàn)法（荷載試驗(yàn)）：該方法主要用于數(shù)量較多的預(yù)制構(gòu)件，隨機(jī)選取有代表性的構(gòu)件，進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，以測定其極限承載能力；或者現(xiàn)場隨機(jī)抽取構(gòu)件進(jìn)行破壞性荷載試驗(yàn)，如，基樁極限承載力荷載試驗(yàn)。

按照所檢驗(yàn)的結(jié)構(gòu)種類把建筑結(jié)構(gòu)檢測方法分為：混凝土結(jié)構(gòu)檢測、砌體結(jié)構(gòu)檢測、鋼結(jié)構(gòu)檢測和鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)檢測等。下面對檢測技術(shù)在這四種建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)行簡要闡述：

1.混凝土結(jié)構(gòu)檢測

混凝土結(jié)構(gòu)的檢測可分為原材料性能混凝土強(qiáng)度混凝土構(gòu)件外觀質(zhì)量與缺陷尺寸偏差變形與損傷和鋼筋配置等項(xiàng)工作，必要時(shí)，要進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能的實(shí)載檢驗(yàn)或結(jié)構(gòu)的動力檢測[4]。混凝土結(jié)構(gòu)檢測常采用的檢測方法主要有：結(jié)構(gòu)性能實(shí)荷檢測、混凝土強(qiáng)度回彈法、超聲波法、超聲回彈綜合法、鉆芯法、拉撥法和射釘法等。

對混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土材料強(qiáng)度目前廣泛應(yīng)用的檢測方法是鉆芯法和回彈法。鉆芯法是在建筑構(gòu)件上鉆取混凝土芯樣直接進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，但會造成對結(jié)構(gòu)物局部的損壞，尤其是對重要的結(jié)構(gòu)部位，無法進(jìn)行大量的檢測?；貜椃ㄟ\(yùn)用回彈儀通過測定混凝土表面的強(qiáng)度以推算混凝土的強(qiáng)度，是混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測中最常用的一種非破損檢測方法。超聲法是根據(jù)超聲波在混凝土中傳播時(shí)，其傳播速度與強(qiáng)度（密實(shí)度）成正相關(guān)關(guān)系，通過測量超聲波在混凝土中傳播的速度并進(jìn)行相應(yīng)的換算，得到混凝土的強(qiáng)度的無損檢測方法。超聲回彈綜合法是建立在超聲波傳播速度和回彈值同混凝土抗壓強(qiáng)度之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上的一種無損檢測方法，采用聲速和回彈值2個(gè)參數(shù)推算混凝土強(qiáng)度，彌補(bǔ)了回彈法和超聲法各自的不足，既減小了回彈法受表面狀況影響，又減少了超聲法受骨料和粒徑、水灰比影響，提高了檢測精度。

2.砌體結(jié)構(gòu)檢測

砌體結(jié)構(gòu)檢測可分為砌筑塊材、砌筑砂漿、砌體強(qiáng)度、砌筑質(zhì)量與構(gòu)造以及損傷與變形等項(xiàng)工作。砌體結(jié)構(gòu)檢測常采用的檢測方法主要有：軸壓法、扁頂法、原位單磚雙剪法、推出法、筒壓法、砂漿片剪切法、回彈法、點(diǎn)荷法、射釘法等[8； 10]。這些檢測方法大致可分為兩類：直接法和間接法，前者為檢測砌體抗壓強(qiáng)度和砌體抗剪強(qiáng)度的方法，后者為測試砂漿強(qiáng)度的方法。直接法的優(yōu)點(diǎn)是直接測試砌體的強(qiáng)度參數(shù)，反映被測試工程的材料質(zhì)量和施工質(zhì)量，其缺點(diǎn)是試驗(yàn)工作量較大，對砌體有一定的損傷。間接法是測試與砂漿強(qiáng)度有關(guān)的物理參數(shù)，進(jìn)而推定其強(qiáng)度，“推定”時(shí)難免增大測試誤差，也不能綜合反應(yīng)工程的材料質(zhì)量和施工質(zhì)量，使用時(shí)具有一定的局限性，其優(yōu)點(diǎn)是測試工作較為簡便，對砌體工程損傷較少或無損傷。檢測方法的選用應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)情況，選用直接或間接或兩者綜合[1-2]。

3. 鋼結(jié)構(gòu)的檢測

鋼結(jié)構(gòu)的檢測是指鋼構(gòu)件質(zhì)量或性能的檢測，可分為鋼結(jié)構(gòu)材料性能、連接、構(gòu)件的尺寸與偏差、變形與損傷、構(gòu)造以及涂裝等項(xiàng)工作，必要時(shí)，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)或構(gòu)件性能的實(shí)荷檢驗(yàn)或結(jié)構(gòu)的動力測試。通常所采用的方法有：超聲波無損檢測、滲透檢、射線檢測、渦流檢測、磁粉檢測、鋼材銹蝕檢測及涂層厚度檢測等。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土和砌體結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)有著材質(zhì)均勻、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、塑性和韌性都比較好的特點(diǎn)，在某些方面它比混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢還是很明顯。由于冶金、機(jī)械、交通、航空、石油化工等工業(yè)部門對鋼材物理力學(xué)性能、內(nèi)部缺陷、焊縫探傷等檢驗(yàn)方法比較完善，因而建筑鋼結(jié)構(gòu)的檢測技術(shù)基本上都是借鑒和學(xué)習(xí)其他行業(yè)的先進(jìn)方法[4]。但是應(yīng)該注意的是：鋼材易腐蝕，耐火性差，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)是一類缺陷敏感性結(jié)構(gòu)，所以鋼結(jié)構(gòu)的檢測主要是針對材料與連接缺陷以及銹蝕程度與涂層厚度的檢測[1]。

4.鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)檢測

鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)檢測包括鋼—管混凝土的強(qiáng)度與缺陷檢測等方面檢測。通過對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的整體性能進(jìn)行靜力實(shí)荷檢驗(yàn)可獲得某些結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的整體受力性能、承載力、剛度及抗裂性能等，對一些重要建筑或公共建筑還可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動力測試。其中靜力實(shí)荷檢驗(yàn)分為三種：（1）使用性能檢驗(yàn)，即在規(guī)定荷的作用下驗(yàn)證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，驗(yàn)證后不會變形過大及損傷，還能夠正常使用；（2）承載力檢驗(yàn)，其可以對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的設(shè)計(jì)承載力進(jìn)行驗(yàn)證；（3）破壞性檢驗(yàn)，其可以確定結(jié)構(gòu)或模型的實(shí)際承載力。

六、結(jié)束語

隨著人們對建筑工程的質(zhì)量要求和安全意識的提高，建筑結(jié)構(gòu)檢測已成為建筑工程質(zhì)量安全保障體系中的重要組成部分，被應(yīng)用到建筑施工過程、竣工驗(yàn)收以及使用營運(yùn)等的各個(gè)階段，是建筑結(jié)構(gòu)鑒定工作的基礎(chǔ)，也是建筑結(jié)構(gòu)加固和改造的依據(jù)。

在建筑結(jié)構(gòu)檢測中，檢測儀器和設(shè)備發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。因此，研制和應(yīng)用精確度高、操作方便、使用壽命長、體積小的檢測儀器設(shè)備是今后建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)發(fā)展的重要方向。而，建筑結(jié)構(gòu)檢測理論和檢測數(shù)據(jù)分析方法對解決檢測結(jié)果的不確定性和提高檢測精度有重要的影響，因此，改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)檢測理論和改善檢測數(shù)據(jù)分析方法是建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)研究的另一重要方向和工作。

參考文獻(xiàn)

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