钢筋混凝土结构的检测与评定

刘昱彤

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

近几年，结构检测加固越来越受到人们的重视，对检测加固技术的要求也越来越高。在建筑的存续期内，由于各种灾害，以及外界各种因素的作用和影响，导致建筑结构产生病害，出现缺陷，严重影响到建筑的正常使用及人民的生命财产安全。对结构进行健康检测评定的目标是用科学的方法明确既有结构的损伤程度及损伤部位，并且定量地评定结构及构件的健康状态，评估已有建筑物的当前性能，从而为建筑物加固、赔偿等相关后续处理提供依据和基础。

从新中国成立至今已有40多年，当年建造的一批钢筋混凝土结构的办公楼、商场、厂房等许多已存在着各种问题，同时，由于使用用途的变化、维修不当以及施工时的质量隐患、二次装修的野蛮施工，新近建造的许多房屋也存在不同程度的损伤。汶川地震后，对地震设防区的抗震加固也被提到了工作日程。对既有建筑结构进行性能检测和评估非常必要。该行业也在近几年蓬勃发展起来，从业人员逐渐增加。优秀的结构检测与评定人员应该具备明确的力学概念与良好的技术实践能力。与新建结构的设计相比，从事结构的检测与评定工作需要设计者具有良好的力学概念，实际的设计成果与设计师的实践经验将有很大关联。

1 钢筋混凝土结构的检测

建筑的承载能力是根据设计时所采用的荷载等级来确定的，而荷载等级又由各个时期所颁布的建筑设计规范所规定。我国建筑设计规范随着科技的进步和社会的发展，有过多次修订。虽然这些规范的制定充分考虑了当时的远景经济发展和社会诸多方面的需求，体现了当时的最先进技术，适应当时的建筑材料，但仍然难以摆脱历史的局限性。

当建筑物出现上述问题时，若要全部进行重建，不仅耗资巨大，给国家造成较大的经济损失，且不利于环保，结合我国当前国情与财力，旧房屋的加固维修、改建问题日显重要和突出，只有通过加固维修才能提高现有房屋使用能力及安全系数，从而保障建筑的可持续使用。检验测试技术是基础，为鉴定与评估工作提供必要的信息和基本数据。

混凝土结构的检测包括混凝土强度的检测、混凝土缺陷的检测、结构几何参数的检测、耐久性检测四个方面［1］。在实际进行时应注意采用多种方法互相校准并应有足够的抽样检验数量及范围，以保证检测结论的科学、客观、公正。

1.1 混凝土强度的检测

目前测试方法主要有回弹法、超声法、超声—回弹综合法、钻芯法等。回弹法作为一种非破损、成本低廉、操作简便的强度检测方法，在实际工程中广泛应用。该方法建立在混凝土的抗压强度fcu与回弹值R之间的函数关系fcu=f(R)的基础上，当重锤被拉到冲击前的起始状态时，若重锤的质量等于1，则这时重锤所具有的势能e为:

其中，Es为拉力弹簧的刚度系数;l为拉力弹簧起始拉伸长度。

混凝土受冲击后产生瞬时弹性变形，其恢复力让重锤弹回，当重锤被弹回到x位置时所具有的势能ex为:

其中，x为重锤反弹位置。

在这过程中，重锤所消耗的能量为:

利用非破损、半破损方法及其他物理量推定混凝土结构的实际强度，受到混凝土组成成分变化、检测手段的影响，以及检测数量、范围的限制，有很大的局限性。宜采用多种方法互相校准或用同条件养护试件反映。

1.2 混凝土缺陷的检测

混凝土构件中常见的缺损有裂缝、碎裂、剥落、层离、蜂窝、空洞、环境侵蚀和钢筋锈蚀等［2］。裂缝检验一般观察、量测、描绘裂缝所在的构件、位置、形态、走向、宽度以及稳定性;表面缺陷检验一般观察、描绘露筋、蜂窝、孔洞、夹渣、疏松及其他外形、外表缺陷;内部缺陷检验一般用超声法或雷达波法确定内部缺陷的范围及性质。对检测结果进行分析，视其对结构性能及安装使用功能的影响程度，区分一般缺陷及严重缺陷;同时分析其原因，供评定(鉴定)及加固(处理)参考。

1.3 结构几何参数的检测

结构几何参数的量测涉及对结构实际受力状态的分析，包括尺寸偏差、过大变形、钢筋移位的检测。检测过程中应选择对结构性能有明显影响的项目，并通过量测、分析供评定(鉴定)及加固(处理)参考。

尺寸偏差的检测通过量测实际结构的截面尺寸、墙柱偏斜、标高偏差及其他类型的尺寸偏差值的方法实现;过大变形的检测通过对实际结构构件明显挠度、构件偏斜、翘曲扭转的量测的方法实现;钢筋移位的检测通过对存疑截面钢筋位置进行量测并核实受力钢筋规格、数量的方法实现。

1.4 耐久性检测

耐久性检测应注意“度”的确定，以供评定(鉴定)及加固(处理)作为依据。可从设计施工资料，竣工验收报告，承载服役历史，使用维修记录以及其他有关资料，结构环境等级，暴露程度，气候条件，使用状态，有害介质(氯盐等)以及其他因素的影响情况，碳化深度，酥裂范围，氯离子侵入深度及含量，碱含量以及其他腐蚀性介质的情况，钢筋、器件、焊缝、接头的观察，锈蚀程度描述，截面(强度)损失率及有关情况等方面进行分析检测。

2 钢筋混凝土结构的安全评定

自A.M.Freudental教授将可靠度概念引入土木工程领域，许多学者都在积极探索应用可靠指标进行结构耐久性鉴定。结构抗力和荷载效应都具有概率统计的意义，因而常借用可靠度的概念。我国的结构荷载设计规范中给出了一定的可靠度和相应的失效概率。一般而言，建筑物的安全与否可通过结构抗力与荷载效应的相对大小来判断，并为区分不同建筑物的重要程度而在公式中引入结构重要性系数。由于结构安全的概念是相对的，在设计中，一般从概率的角度进行分析，通过控制失效概率来进行结构安全评定。

目前，对建筑的检测评定一般有三种方法，即传统经验法、实用评定方法和概率评定法。通过不同方法，对建筑结构的系统检测，判断结构或构件的损伤程度及部位，进而以分等定级的形式来评定建筑物的健康状态。

2.1 传统经验法

传统经验法的程序简单，易操作。该方法以原有的设计规范为依据，由经验丰富的专家通过现场观察和简单的计算分析，根据专家的专业知识和工程经验直接对建筑物做出评价。该方法通过调查、观测、验算等手段，依次对结构的承载能力、构造、裂缝和变形进行测定，并参照规范［3］中提供的具体评定指标，进行子结构等级的划分。按照各子结构的等级进行建筑物的综合评定，最终给出建筑物的安全性评级及使用性评级，对其适修性进行评估，并撰写鉴定报告。

由于此方法缺乏系统性，难以对结构的性能和状态做出全面分析，带有较大主观性。并考虑到责任承担的因素，一般工程处理方案偏于保守，这样容易造成浪费。

2.2 实用评定方法

该方法有较好的技术支持和理论背景，对建筑物的评定较准确，有比较统一的鉴定程序和标准，可以进行比较准确的定量评价，可作为建筑加固维修、改造处理方案的可靠技术依据。

该方法首先对建筑物及其环境进行缜密的调查、检查和测试;然后借助计算机技术，运用科学的分析方法，对结构的当前性能状态进行分析;借用相关手段，分析结构目前存在的问题及成因;最后，参照现行标准规范，从安全性、适用性多个方面综合评定建筑。

该方法技术较为复杂，一般需由专门的技术机构承担评定工作，评价成本较传统经验法高。

2.3 概率评定法

该方法利用统计推断方法分析对结构产生影响的各种不确定性因素，通过采集分析已有建筑物和环境信息，对结构健康状态做出评价。该方法理论依据较强，但其评定结论更符合测评建筑物的实际情况。

长期以来，对服役结构的工作性能鉴定一直依赖于有经验的技术人员根据现场检测和必要的结构验算，以及其知识背景甚至是直觉做出评价和处理。这类方法的鉴定结果会因人而异，特别是往往为了避免个人承担风险，而显得过于保守。钢筋混凝土结构的量化评定方法还有待完善。关于既有房屋的检测评定研究，国外研究起步较早，目前国内学者也开始关注。各种检测技术不断涌现，如各种无损检测技术。检测评价方法也多种多样，如脆弱性评价、动力特性检测方法等。

［1］霍凯成.建筑结构检测鉴定与加固［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2003.

［2］彭圣浩.建筑工程质量通病防治手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2003.

［3］GB 50367-2006，混凝土结构加固技术规范［S］.