重慶重大房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷技術、制度和措施的實施現(xiàn)狀和有效性分析

黃樂鵬 蘇常旺 姚運航

摘要：健康檢測在房建結(jié)構(gòu)檢測中有著廣泛的使用，對于評估房建結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，評估其使用性能具有重要意義。本文總結(jié)了現(xiàn)有的房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷技術、制度和措施，研究了每種技術、制度和措施的優(yōu)缺點，并對其有效性進行了分析。為重慶重大房建結(jié)構(gòu)健康診斷提供了理論基礎，同時也為提出重慶重大房建結(jié)構(gòu)安全保障的戰(zhàn)略思維和體系做基礎。

關鍵詞：房建結(jié)構(gòu);健康狀態(tài);診斷技術;有效性分析

中圖分類號：TU3? ??文獻標識碼：A???? 文章編號：2096-6903（2021）07-0000-00

0引言

健康檢測技術是現(xiàn)代工業(yè)必不可少的技術，目的是為了保障機械的安全使用，而健康檢測的領域之廣，已經(jīng)覆蓋了關于重工業(yè)、輕工業(yè)、建筑業(yè)，以及材料和結(jié)構(gòu)的檢測。在健康檢測的發(fā)展中，檢測技術也在日益創(chuàng)新，例如各種新型的物理無損檢測方法，這從側(cè)面展現(xiàn)出我國日益強大的科技創(chuàng)新能力，以及我國的工業(yè)發(fā)展速度之迅猛。在我國科研人員不斷的努力發(fā)展之下，一些廣泛運用的技術，如新型傳感技術與器件、檢測圖像技術與信號處理方法等，進入了世界一流陣營。

1房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷技術的現(xiàn)狀和有效性分析

1.1健康狀態(tài)診斷技術發(fā)展現(xiàn)狀

從我國健康狀態(tài)診斷技術發(fā)展來看，從單一的技術演變?yōu)槿缃竦亩喾皆\斷技術，大致可分為八大類型的診斷技術，分別是聲、電磁、輻射、熱學、滲透、光學、泄漏以及機器人輔助診斷技術。

不同于古代的建筑物，現(xiàn)代的建筑物除了結(jié)構(gòu)復雜、形式多樣，還有著其他外力因素所導致的不同程度的損傷，繼續(xù)使用或者拆除重新都有待商榷，這時候就需要對建筑物的健康狀態(tài)進行診斷了，對其正確評估現(xiàn)在的使用性能和其服役時限，這對于建筑的充分發(fā)揮其剩余價值具有重要意義。

建筑物在實際工作狀態(tài)中，表現(xiàn)出其可靠性最重要的指標就是建筑物實際工作中的應力程度。在工程結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)過程中，其實際應力檢測一般有兩種檢測方式，第一種是通過改變應力檢測出其應變，再測量其應力;第二種是通過物理等無損檢測方法進行檢測。第一種的檢測方式視檢測方法而言對建筑物有著不同程度的損傷，而第二種是無損檢測，是利用光學原理或者材料磁性能。

1.2現(xiàn)有診斷技術及有效性分析

1.2.1 超聲診斷

超聲診斷運用了其在結(jié)構(gòu)傳播特性的原理。通過一端產(chǎn)生聲源進而產(chǎn)生超聲波，再利用特定的方法使超聲波在結(jié)構(gòu)傳播時與結(jié)構(gòu)材料以及結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生作用。運用診斷設備接收從結(jié)構(gòu)傳出的超聲波，再對其特征進行評估，進而對整個結(jié)構(gòu)的損傷程度進行判斷。

其優(yōu)點在于對平面型缺陷十分敏感，可以快速測出損傷;而且設備輕便，穿透效果好。但是其缺點在于要求被診斷表面光滑;不易發(fā)現(xiàn)較小的損傷;需要操作人員熟悉標準，操作不便;不適用于形狀比較復雜的結(jié)構(gòu)。

1.2.2 射線診斷

射線診斷的原理是一端運用射線穿透結(jié)構(gòu)，另一端運用膠片來記錄射線的穿透信息，再根據(jù)其膠片底片黑度顯示的不均勻圖像來判斷其缺陷。

其優(yōu)點在于可以直接獲得關于缺陷幾何尺寸的直觀圖像，有記錄且便于保存，適用于體積型等缺陷、厚度較薄的試件、對接焊縫。其缺點在于不適用面積型缺陷、厚度較厚的試件、棒材等，并且成本較高、速度較慢;還會對生物有危害。

1.2.3 磁粉診斷

磁粉診斷是利用磁粉作為介質(zhì)，利用漏磁場效應對磁粉的吸附作用進行診斷。磁粉的位置變化經(jīng)處理即可顯示被檢測物體的不連續(xù)性特征。

其優(yōu)點在于可以檢測微小型鐵磁性材料，可以檢測各類未成型的金屬材料，可以對材料的微型裂縫、密度疏松部位進行監(jiān)測。其缺點在于使用范圍有限，僅僅適用于具有磁性的材料，對監(jiān)測過程要求較高，流程復雜。

1.2.4 滲透診斷

滲透監(jiān)測技術是利用毛細現(xiàn)象作用原理，檢查材料表面開口缺陷的無損監(jiān)測方法，按照滲透材料的不同，常分為著色、熒光和著色熒光三類。一般在特種設備和機械中運用廣泛，比如鍋爐、起重設備和游樂場設施。

其優(yōu)點在于操作便捷、成本低廉、適用材料廣泛。其缺點在于檢測面較小，只能檢測表面開口缺陷，操作前后對設備和材料的清潔度較高。

1.2.5 渦流診斷

渦流檢測技術是表面或者近表面的無損檢測技術，其利用電磁感應原理在線圈中導致的電流強度變化，通過監(jiān)測電流的變化反映物體的缺陷。

其優(yōu)點在于對導電材料靈敏度很高，能監(jiān)測材料表面裂縫的深度，不受高溫限制，且能夠在零件缺口內(nèi)部完成檢測。其缺點在于檢測效率過低，不能識別缺陷的類型，不適用于絕緣體。

2房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷制度的現(xiàn)狀和有效性分析

建筑工程結(jié)構(gòu)診斷的基本制度，應包括明確建筑工程結(jié)構(gòu)診斷的目的，了解建筑工程結(jié)構(gòu)診斷的對象，確認診斷的范圍、內(nèi)容和項目，選擇適合的抽樣方案和選擇合適的診斷方法及診斷項目的抽樣數(shù)量應符合診斷方法標準的要求等。

2.1房建結(jié)構(gòu)診斷目的

明確房建結(jié)構(gòu)診斷的目的非常重要。房建結(jié)構(gòu)診斷的目的決定結(jié)構(gòu)診斷的范圍、內(nèi)容、項目及診斷抽樣方案。對于建筑工程結(jié)構(gòu)診斷的目的，可區(qū)分為局部、專項與整體、新建工程質(zhì)量與既有建筑的安全等。局部診斷是指需要診斷的部位是結(jié)構(gòu)工程的若干構(gòu)件、樓層，對于新建工程的樓板或地下室墻體裂縫診斷以及若干構(gòu)件、樓層的構(gòu)件材料強度診斷等均屬于這一類;對于既有建筑的局部進行改造，如把某層的個別房間由辦公室改為檔案室，這時在對該建筑結(jié)構(gòu)的整體施工質(zhì)量不懷疑的情況下，可僅診斷需要改造的樓板構(gòu)件及對其受力有影響的梁、柱構(gòu)件。

專項診斷則是結(jié)構(gòu)診斷的一個項目，是相對于結(jié)構(gòu)全面診斷而言的。比如火災程度及其影響范圍的診斷、鋼筋保護層厚度的診斷等等。新建工程的結(jié)構(gòu)質(zhì)量診斷是一個寬泛概念，包括構(gòu)件材料強度、構(gòu)件截面尺寸偏差，結(jié)構(gòu)樓層與結(jié)構(gòu)整體垂直度、構(gòu)件內(nèi)部與外部質(zhì)量缺陷等等。通過現(xiàn)場診斷來確認是新建工程結(jié)構(gòu)方面的質(zhì)量，還是主體結(jié)構(gòu)的全面施工質(zhì)量。

既有建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性鑒定診斷，應該是對被檢建筑工程較全面的現(xiàn)狀質(zhì)量診斷。雖然既有建筑工程結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀質(zhì)量診斷與新建工程結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的全面診斷都是全面的診斷，但是診斷的目的并不相同。新建工程的結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的全面診斷應按照相關專業(yè)驗收規(guī)范的要求進行隨機抽樣，不能由委托方指定。只有明確了診斷的目的，才能確定診斷的范圍、內(nèi)容、項目及診斷抽樣方案，才不會出現(xiàn)擴大診斷范圍或不能滿足委托方要求的問題。

2.2房建結(jié)構(gòu)診斷范圍、內(nèi)容和項目

在對房建結(jié)構(gòu)的診斷目的和對象明確之后，需要進一步的診斷的范圍、具體內(nèi)容等。診斷的范圍應當對已經(jīng)發(fā)生裂縫的構(gòu)件或是在冬季等惡劣環(huán)境下施工的部位繼續(xù)抽樣診斷，避免診斷范圍的無端擴大。對于正常環(huán)境施工的構(gòu)件，應該采用少量抽樣的方式進行驗證式診斷。診斷所選取的內(nèi)容和項目能夠滿足診斷的目的，對于委托方未明確的診斷內(nèi)容，不能隨意刪減。當診斷單位缺乏一定的診斷能力時，應及時向委托方說明，放棄或分包診斷。

2.3抽樣方案的選擇

房建結(jié)構(gòu)質(zhì)量診斷、特別是房建結(jié)構(gòu)診斷的診斷目的是為了評價建筑工程或主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，是診斷單位對工程實體進行診斷，是診斷單位根據(jù)委托方的診斷目的和診斷項目、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀等去現(xiàn)場抽樣。因此，房建結(jié)構(gòu)質(zhì)量診斷包括建筑工程結(jié)構(gòu)安全與抗震性能鑒定的診斷抽樣，必須符合相應規(guī)范的要求和被診斷工程的狀況。

對于既有建筑的安全與可靠性診斷中的結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何尺寸與尺寸偏差的診斷，不是判定結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何尺寸的施工質(zhì)量，而是通過對結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何尺寸的診斷，給出該工程結(jié)構(gòu)安全鑒定中結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的幾何參數(shù)取值。若均為負偏差或均為正偏差則應給出結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸的實際值;若存在正、負偏差且偏差不大則可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸設計值進行承載力分析。因此，對于既有建筑的安全與可靠性診斷中的結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何尺寸與尺寸偏差的診斷，其抽樣數(shù)量可按《建筑結(jié)構(gòu)診斷技術標準》確定，但抽樣結(jié)果的分析不能運用該標準的計量抽樣進行判定是否合格，而是應用統(tǒng)計的方法給出所診斷工程結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何參數(shù)的概率統(tǒng)計特征值和相應的數(shù)據(jù)取值。

結(jié)構(gòu)構(gòu)造是為了提高結(jié)構(gòu)的整體安全與性能，是根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件對結(jié)構(gòu)整體安全與性能的貢獻而設置的。在實際房建結(jié)構(gòu)工程中，相同結(jié)構(gòu)構(gòu)件所在的樓層及其位置不同對結(jié)構(gòu)整體安全與性能的貢獻也是有差異的。不僅如此，而且還應根據(jù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀缺陷，區(qū)分重點診斷區(qū)域和一般診斷區(qū)域。既使是對既有建筑的安全性鑒定，其診斷也應區(qū)分重點樓層和主要受力構(gòu)件等，對于重點樓層和主要抗側(cè)力構(gòu)件可采取加嚴抽樣方案，對于一般樓層和次要受力構(gòu)件可采用一般的抽樣方案，對于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件則可采用放寬的抽樣方案等，而不是一味強調(diào)隨機抽樣。

2.4診斷方法的選擇

診斷方法要根據(jù)診斷項目、診斷目的、建筑結(jié)構(gòu)狀況和現(xiàn)場條件選擇。建筑結(jié)構(gòu)診斷方法選擇的這些原則是相輔相成、互相聯(lián)系。比如，建筑結(jié)構(gòu)診斷的目的決定著是全面診斷還是局部或?qū)ｍ椩\斷，不同診斷目的決定著診斷項目的多少;而建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量狀況又與建筑結(jié)構(gòu)診斷的目的和項目選擇相聯(lián)系;對建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷較為突出的樓層（或部位）的構(gòu)件其診斷項目可能會較現(xiàn)狀良好的樓層要多，不僅如此，還會直接影響整個建筑結(jié)構(gòu)診斷項目的確定。

2.5抽樣數(shù)量符合診斷標準

在實際房建結(jié)構(gòu)診斷中，應按照有關規(guī)范條例選取抽樣數(shù)量，不能由主觀意愿對其進行減少。在制定有關診斷方法標準的過程中，編制單位進行過大量的研究并通過了實際工程的檢驗，其規(guī)定的數(shù)量是將樣本各種可能出現(xiàn)的情況考慮在內(nèi)的，也是與相應的檢測技術相互配套的。不僅如此，其抽樣數(shù)量與推定結(jié)果是直接相連的。也就是說不按相關診斷標準的抽樣數(shù)量去診斷，則很難保證診斷結(jié)果的正確性。

3房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷措施的現(xiàn)狀和有效性分析

建筑結(jié)構(gòu)診斷措施有很多種分類，針對不同的建筑結(jié)構(gòu)往往采用不同的診斷措施。下面，就常見結(jié)構(gòu)的診斷措施展開簡要闡述：

3.1 砌體結(jié)構(gòu)診斷

按照檢測部位的不同，砌體結(jié)構(gòu)的常用檢測技術可分為直接檢測法和間接檢測法兩類，其中直接法的檢測對象為砌體性質(zhì)，間接法主要檢測砂漿強度。

直接法通過相應技術直接檢測砌體的力學性能指標，由于砌體結(jié)構(gòu)的強度離散型較大，通常需要選取多組試塊，這就造成了工作量相對較大。間接法對于結(jié)構(gòu)的損傷性遠小于直接法，其通過測試灰縫砂漿的強度推定結(jié)構(gòu)的整體強度，這樣就造成結(jié)果與實際值相差較大。通?？梢詫煞N方法結(jié)合使用，對結(jié)構(gòu)的檢測結(jié)果較為準確。

3.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)診斷

鋼混結(jié)構(gòu)常用的檢測方法包括回彈法、超聲波法、超聲回彈綜合法、鉆芯法、射釘法以及結(jié)構(gòu)性能實荷法等，其中工程中常用方法是鉆芯法和回彈法。

鉆芯法作為一種損壞性檢測方法，鉆芯法即為使用建筑構(gòu)件上所取的芯樣進行抗壓強度試驗，可以檢驗構(gòu)件重要結(jié)構(gòu)部位的損傷，對結(jié)構(gòu)有局部損壞，具有一定的可靠性?；貜椃ㄊ峭ㄟ^回彈儀直接在混凝土表面回彈，從而確定混凝土強度，準確性較鉆芯法低。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)診斷

鋼結(jié)構(gòu)的診斷可分為鋼結(jié)構(gòu)材料、連接節(jié)點、構(gòu)件尺寸偏差、變形、涂裝等質(zhì)量和性能的診斷鋼結(jié)構(gòu)的診斷。有時也需要通過實荷檢驗和結(jié)構(gòu)的動力測試來確定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的性能。目前，由于研究鋼材的工業(yè)部門較多，鋼材的力學性能、內(nèi)部缺陷、焊縫探傷的確定方法已經(jīng)較為全面。但是鋼材是一類缺陷敏感性結(jié)構(gòu)，因此應該主要從材料和節(jié)點及外部損傷等處的損傷來診斷鋼結(jié)構(gòu)的損傷，難以進行半有損或有損診斷。

4結(jié)語

為了防止重慶重大房建結(jié)構(gòu)所存在的各種自身以及外在風險，本文通過大量調(diào)研工作，總結(jié)了重慶重大房建結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的健康狀態(tài)診斷技術、制度和措施，并進行了有效性分析，為重慶重大房建結(jié)構(gòu)健康診斷提供了理論基礎，同時也為提出重慶重大房建結(jié)構(gòu)安全保障的戰(zhàn)略思維和體系做基礎。

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收稿日期：2021-07-13

基金項目：重慶重大工程結(jié)構(gòu)健康維護與防災救援體系戰(zhàn)略研究（2019-CQ-ZD-4）

作者簡介：黃樂鵬（1987—），男，四川樂山人，博士，副研究員，研究方向：土木工程。

Analysis on the Implementation Status and Effectiveness of Health Diagnosis Technology， System and Measures for Major Building Structures in Chongqing

HUANG Lepeng，SU Changwang，YAO Yunhang

（Chongqing University，? Chongqing400044）

Abstract： Health testing is widely used in the testing of building structures， and it is of great significance to evaluate the working state and performance of building structures. This paper summarizes the existing health diagnosis technology， system and measures of housing construction， studies the advantages and disadvantages of each technology， system and measures， and analyzes their effectiveness. This paper provides a theoretical basis for the health diagnosis of Chongqing's major housing structures， and also provides a basis for the strategic thinking and system for the safety guarantee of Chongqing's major housing structures.

Keywords： Building structure;Health status;Diagnostic techniques;Effectiveness analysis