基于动力响应的结构检测技术研究

刘发全

(湖南科技学院永大建设工程公司，湖南永州 425106)

1 概述

结构检测即针对某个或某些需要检测的结构或构件，根据实际情况中的鉴定要求，结合结构本身的一些基本情况，以相关规范和技术标准为依据，采取相应的检测行为，并对检测数据合理地进行处理和分析，从而最终对该待检测的结构或构件的实际状态给出科学和准确的鉴定结果。结构检测主要是围绕结构的强度、刚度和稳定性指标来对建筑物本身进行相关的检测和鉴定，从而建立一个对结构的整体认识[1］。

改革开放以来，我国大兴土木建设，而土木结构的安全和质量问题与人们的生活息息相关，因而，能有效辨识和鉴定工程结构性能和状态的结构检测技术的开发和研究受到了越来越多的学者的关注。众所周知，结构在设计使用年限范围内需满足安全性、适用性和耐久性要求，如果结构由于某些原因导致出现了一些可见或不可见的损伤，则需要对结构本身或结构中最有可能出现损伤的构件进行检测，当判定结构确实存在安全隐患时，宜对结构采取一些相应的处理措施，如加固或拆除等[2］。一般而言，若存在以下情况，则需进行结构检测[3-5］:1)设计失误;2)施工不足;3)不正当的使用或改造;4)酸碱环境变化;5)结构年久失修，安全度不足;6)结构由于各种原因导致裂缝的发生和发展;7)需要保养和维护的古建筑或历史性建筑。

2 常用结构检测技术

现今的结构检测技术均基于现行的各个规范，通过实验获得数据，并从中获取能反映结构或构件实际状态的性能参数，从而定性以及定量分析结构的实际承载能力以及剩余使用年限。其检测内容一般包括:1)建筑物中裂缝的开展及分布情况;2)结构位移和变形情况;3)施工质量缺陷及程度，如混凝土强度等级鉴定，是否露筋以及施工是否与设计相符等;4)检查周边建筑对结构的影响;5)自然及人为因素对结构的影响。根据不同的划分原则，检测技术分类各不相同，为便于叙述，这里根据需要检测的结构种类把建筑结构检测方法分为混凝土结构检测技术、砌体结构检测技术和钢结构检测技术，现分别介绍以上三类检测技术如下。

2.1 混凝土结构检测技术

现阶段，我国的主要结构的主要形式仍然为钢筋混凝土结构，因此，混凝土结构检测技术相对发展较早，且相对较成熟，根据检测内容及方向的不同，主要包括混凝土材料性能检测、构件层次检测以及混凝土强度等级检测这三个方面。

众所周知，混凝土是由砂石等骨料以及水泥等多种材料混合而成，是一种离散性很强的非均质材料，由于该材料性能中对超声脉冲的吸收、散射衰减较大，因此，目前对混凝土材料和构件的检测通常是采用超声波检测，其目的是检测混凝土内部的均匀性，判断是否存在裂缝、空洞等。该检测技术的工作原理简单明了，即利用超声波在混凝土中传播的速度、首波峰值以及波的能量等参数应该基本保持一致，若混凝土内部出现缺陷，如裂缝，则超声波在裂缝处将产生复杂的反射、折射，因而，接收到的信号将出现畸变，此外，由于裂缝对能量的耗散，对应位置接收的超声波能量将出现衰减。基于接收的信号的变化，根据一些时程分析手段，超声波检测技术基本可以实现混凝土内部缺陷，如裂缝、空洞的有效测定和识别。

目前，混凝土强度等级检测的方法通常采用的是钻芯法和回弹法。钻芯法是指在混凝土结构局部关键部位或需重点考察的部位钻取混凝土芯样，并通过抗压试验测定其抗压强度，该方法适用于龄期不少于14 d，强度不低于10 MPa的混凝土结构。由钻芯法的操作过程不难看出，该方法是一种有损检测技术。

尽管其检测结果相对可靠，但是取样的过程中必然对结构或构件造成损伤，尤其是一些关键部位，总会不同程度的影响结构的整体性能，因而，该方法无法对结构实现大规模的检测，以免对结构造成“误伤”。有别于有损检测技术，无损检测技术不会对结构或构件本身造成损伤，如回弹法、超声法和超声—回弹综合法等，但是，无损检测技术所测定的参数值(如回弹值、声速值)存在非敏感性问题，这也导致了检测结构精度相对不高。以上有损检测和无损检测技术均具有一定的理论基础和科学依据，然而，由于混凝土材料本身的离散性，以及普遍存在的各种主观或客观上的检测误差，这也不可避免的导致了各个检测结果之间的差异性和不确定性。为了弥补这一缺陷，不少专家建议采用综合法，该方法将回弹法、钻芯法和超声法三种不同的方法得到的不同的检测结果通过某一函数进行计算，获得加权均值，从而通过该均值反映结构状态，由此可见，综合法综合利用了以上三种方法的检测结果，所以具有更高的代表性和可信度。此外，作为一种介于有损检测和无损检测技术之间的混凝土强度微破损检测技术，拔出法具有操作简便易行，适应性强，对结构损伤小，检测结果可信度高等优点，其应用也在逐渐普及当中。然而，该方法在我国的研究起步较晚，且受一些特定因素的影响，如成本较高、需预埋件等，其应用范围不及回弹法和超声法。

2.2 砌体结构检测技术

砌体结构具有成本相对低、取材方便、保温、隔热、隔音等优点，至今仍然被广泛应用于我国的建筑结构当中。然而，砌体结构本身也存在自重大、强度低、砂浆与块体之间的粘结力较弱等缺陷，因此，在外部较强荷载，特别是水平荷载作用下，容易出现结构损伤，随着损伤的累积和发展，极易导致结构或构件承载力下降以及部分功能丧失，严重的甚至导致结构的坍塌破坏，因此，对砌体结构进行必要的检测也显得尤为重要。一般而言，砌筑结构检测通常包括块材强度检测、砌体材料强度检测和砂浆强度检测等。

根据检测对象的不同，砌体结构检测分为直接法和间接法两大类，分别用来检测砌体的抗剪抗压强度和砂浆的强度等级，具体的操作方法很多，如轴压法、回弹法、原位单剪法、推出法、原位单砖双剪法、筒压法、射钉法等。直接法可以通过试验直接测试砌体的强度参数，从而反映结构材料性能以及施工质量问题，其不足在于检测工作量较大，且对砌体不可避免地存在一定的损伤;间接法可以通过测试与砂浆强度有关的物理参数，从而估计砂浆的强度等级，但是，进行强度等级估计时，容易导致测试误差增大，因而，具有一定的局限性，该方法的优点在于操作简便，基本属于无损检测一类。由此可见，砌体结构的检测方法的选用应视实际情况而定，综合各方面的因素，合理的选用以上两种方法或两者的结合法。

2.3 钢结构检测技术

钢结构检测技术主要是用来检测钢结构或钢构件的质量或性能的方法。其检测的内容可分为材料性能、钢结构或构件之间的连接、结构变形与破损、构件的外观与尺寸检测等。与混凝土结构和砌体结构相比，钢材本身是一种匀质材料，其强度、刚度、塑性与韧性均能直接、有效测量，且测量方法相对成熟简单。此外，机械、冶金、化工等工业部门发展了相对成熟的钢材损伤检测方法，因而，土木工程中，钢结构检测技术的发展借鉴和学习了国内其他行业的成熟方法。

钢材最大的缺点是在潮湿和酸碱环境下的易腐蚀性、耐火性差，因此，钢结构的检测内容主要包括钢材本身的性能检测、结构内各节点处的连接缺陷检测、钢材锈蚀程度检测以及钢材表面涂层厚度检测。常用的检测方法有:超声波无损检测、磁粉检测、射线检测、渗透检测、涡流检测等。

3 结构检测技术发展趋势

近几十年来，许多学者致力于结构检测技术的研究和开发，各种检测技术也被广泛应用于我国的土木工程建设，然而，一方面为了进一步提高检测结果的可靠性和准确性，另一方面为了进一步改进各检测技术，提高其对复杂实际情况的适应性以及实际工程中的可操作性，仍然有不少问题有待解决。

1)完善现有的检测理论，提出和发展新的检测理论。各检测方法的改进和完善是建立在检测理论的提高以及数据处理和分析手段改善的基础上的，因此，通过理论研究，不断发掘适合实际情况且具有较高检测精度的理论和方法是一个不可回避的问题。

2)提出和改进新的检测技术手段。随着我国基础建设的不断深入，结构检测中的实际需求越来越多，检测环境以及检测条件越来越复杂化，实际工程中对检测结果的准确性、检测技术的可操作性和便捷性提出了越来越高的要求，因此，不断发掘新的环境适应性强的结构检测技术将成为必然的趋势。

3)不断更新和改良检测仪器。检测仪器质量的优劣、测试精度的高低、测试时受周边环境影响的程度的强弱以及使用过程中的便捷程度都将不可避免的影响结构检测结果的准确性，因此，结构检测要求检测仪器具有精度高、可操作性强、环境适应性强以及携带方便等特点，这也一直是检测仪器改良的方向。

4)发展新型智能材料，引入新的检测量，进一步扩展检测的范围和方向。随着研究的不断深入，各种性能优异的新型材料不断涌现，基于这些新型智能材料的传感器不断出现并逐渐应用于工程结构中，如光纤光栅传感器、基于压电材料的传感器等，这些新型智能材料的出现也为结构检测技术的发展注入了新鲜的血液。

4 结语

建筑结构检测的目的是为了认知结构的实际状态，研究其安全储备并预测其剩余使用年限，为了适应日益复杂的检测需求和现场环境，检测技术需要不断的创新和改进，此外，根据实际情况采用合理的检测方法和手段也显得尤为重要。

[1]高 颂.论建筑工程结构检测的技术运用[J］.广西质量监督导报，2008(2):51-52.

[2]徐镇凯，袁志军，胡济群.建筑结构检测与加固方法[J］.工程力学，2006，23(sup):117-130.

[3]洪成伟，修海明.建筑结构检测与加固施工技术的探讨[J］.民营科技，2011(1):236.

[4]杨 亮，缴立强.浅谈建筑工程结构检测[J］.城市建设，2010，69(25):138-139.

[5]其米旺姆.浅谈建筑结构检测[J］.中国西部科技，2009，8(31):20-21.