一、概述
50年來,我國的結構驗測與加固技術經曆了從無(wú)到有、從單項到全麵、從局部構件到整體(tǐ)結構的發展過程。特別是最近20多年,結構的檢測與加固技(jì)術得到(dào)快速的發展,其應用對象(xiàng)已從開始(shǐ)階段的單層的破舊民(mín)居擴展到(dào)建設工程中的各(gè)類結構。
結構檢測與加固技術的發展與應用對(duì)於提高(gāo)建設(shè)工程的質量起到了積極(jí)的作用,在節省國家與企(qǐ)業的資金、保(bǎo)障企業生產安全和人民(mín)生命(mìng)財產的安全方麵也起(qǐ)到了一定的作用。
二、檢驗與測試技術
結構的檢驗測試與建設(shè)工程施工階段的送樣和質量檢查有明顯的區別,它通常為(wéi)事後的檢驗與測試,如:在澆注好混凝(níng)土後,測定鋼筋的配置情況等。因此其工作難度(dù)大,技術含量高。檢驗與測試技(jì)術一般為材料科學、物理學、化學、電子學與(yǔ)計算機科學等多學科緊密結合的技術。
我國的結構檢驗(yàn)測試技術走的是“引進—消化—提高”和“借鑒—獨創”相結(jié)合的發展之路。
1、混凝(níng)土結構
建國初(chū)期,我國基本上沒有什麽現代的(de)檢測(cè)手段。直到六十年代中(zhōng)期才開始進(jìn)行混凝土強度的(de)非破(pò)損檢測方法的研究。七十年代中期,原國家(jiā)建(jiàn)委把混凝土非破損檢測(cè)技術列入了建築(zhù)科學研究發展計劃,組(zǔ)織(zhī)力量進(jìn)行攻關。到八(bā)十年代中期,第(dì)一本全國性(xìng)檢測規程《回彈法評定混凝土抗壓強度技術規程》(JGJ23—85)問世。此(cǐ)後,關於混凝(níng)土強度及缺陷的檢測技術得到(dào)了廣泛的應用和持續(xù)的發展。到目前為止,關於混(hún)凝(níng)土強度的檢測已(yǐ)有回(huí)彈法、超聲法、鑽芯法、拔出法和灌入(rù)法等,以及由上述基本方法組合(hé)而成的超聲(shēng)回彈綜合法、鑽芯回彈綜合法等。較為成熟的(de)混(hún)凝土(tǔ)強度和缺陷檢測方法已經有了全國性的檢測技術規程,如(rú):
《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術規程》(JGJ/23—92);
《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度(dù)技術規程》(CECS02:88);
《鑽芯法檢測(cè)混凝土強度技(jì)術規程》(CECS03:88);
《後(hòu)裝(zhuāng)拔出法檢測混凝土強度技術規(guī)程》(CECS 69:94);
《超生法檢測混凝土缺陷技術規程(chéng)》(CECS 21:91)。
除了上述這些規程外(wài),冶金、水利和(hé)交通(tōng)等部門也編製了本行業的標準,一些省市還編寫了適應當(dāng)地材料特點的地方(fāng)規程,如貴州省的《回彈法測定貴州省山砂混凝土抗壓強度(dù)暫(zàn)行技術規程》等。
混凝土強度的檢(jiǎn)測技術已基本成熟,成熟的標誌在於測試理論的完善和測試(shì)儀器性能,如(rú):“回彈值—碳化深度—強度”關係,反映(yìng)了回彈值與混凝土強度之間的基(jī)本規律。回彈、超聲、鑽芯和拔出等方法雖然都是(shì)舶來之法(fǎ),但都(dōu)具有了中國(guó)特色,且各種檢測儀(yí)器和(hé)設備已完全國產化。一些儀器的性(xìng)能已達到了(le)國際先進水平,如北京市政工程研究院研製生產的NM-3B型非金屬超聲波檢測儀(yí)等。應該(gāi)說,在混凝土強度的檢測方麵,我國與經濟發達國家(jiā)已沒有明顯的差距。
混凝土構件鋼筋配置情況(kuàng)的檢測開(kāi)始(shǐ)於七十年代。開始階段使用的是進口的儀器。目前我國已經有了第二代鋼筋測定儀,該(gāi)儀器可測(cè)定120mm厚(hòu)混凝土層下的鋼筋,並可測定(dìng)鋼筋(jīn)直徑,其測試原理為電(diàn)磁感(gǎn)應。國產(chǎn)儀器可基本(běn)上滿足建築結構檢測的需要。經濟發達的國家的同類儀器(qì)性能略好一些。我國引進的混凝土雷達儀采用電磁波法測試,測試速度快得多,其測試數據既可以在屏幕上(shàng)顯示又可打印輸出,大大提高了檢測(cè)速度。
七十年代末到八十年代初,混凝土結構的耐久性問題(tí)開始受到重視,與耐久性相關的(de)檢測技術也得到相應的發展。這(zhè)些(xiē)測試項目包括:混凝土的損傷程度、鋼筋的(de)鏽蝕速(sù)度、混凝土中(zhōng)有害元素的(de)含量(liàng)、混凝土骨料的堿活性、混凝土的抗凍性及抗滲性和混(hún)凝土的滲漏點(diǎn)測定(dìng)等。在這(zhè)些檢測項(xiàng)目中,有些為現場檢測,有些為取樣檢測,還有現場檢測與計算分析結合的方法。
混凝土中(zhōng)有害元素的含量、混凝土骨料(liào)的堿活性、混凝土的抗凍性和混凝土的抗(kàng)滲(shèn)性測定等項目均為取樣檢測。用鑽芯機在結(jié)構上取出試樣,在實驗室進(jìn)行試驗。其中,我(wǒ)國關於骨料的堿活性的檢驗開始於七十年代,到八十年代初水利部門的相(xiàng)關標(biāo)準《水工混凝土(tǔ)試驗規程》(SD105—82)已(yǐ)開始實行。到九十年代初,快速試驗方法(fǎ)標準《砂(shā)、石堿活性快速試驗方法》(CECS48:93)也頒布實施。
國內有關鋼筋鏽蝕速度和鏽蝕量測定的研究起始(shǐ)於八十年代中期,到八十年代末,交通部門(mén)和冶金部門的科研單位研製出鋼筋電位測定儀。這種儀器(qì)可定性地判別鋼筋是否鏽蝕,九十年代國外(wài)的測試(shì)儀(yí)器可初步(bù)定量測試鋼筋的鏽蝕速度(dù)和鏽蝕量,但測試結果有一定的誤差。實際工程檢測中(zhōng)采用的是綜合的方法,儀器測定、現場實測與計算分析相結合。
2、砌築結構(gòu)
如果說混凝(níng)土結構的檢驗與測試走的是“引進—消化—提高”之路(lù),則砌築結構的檢驗與測試的發展則走的是“借鑒—獨創”之路。
砌築結構檢測方法的研究開始於七十年代末,主要是將測定砌築砂漿強度作為砌築結構抗震鑒定和加固的(de)評定指標。為了改變“眼觀手捏”的判斷方法,而進行了(le)回彈(dàn)法檢測強度等(děng)方法的研究。到八十年代中後期,冶金建築研究院(yuàn)和中國(guó)建築科學研究院分別(bié)研(yán)究(jiū)出衝擊法和點荷法砂漿強度檢測方法;四(sì)川省建築科學研究院、北京市建築工(gōng)程研究院、西安磚瓦研究所等單位進行了砌築用磚強度等級的回彈檢測的研究。此後(hòu)許多省市的建築科學研究所都進行了砌體強度、砌築砂漿(jiāng)強度或砌體塊材強(qiáng)度等級檢測方法的研究。1994年,《砌體結構力學性(xìng)能現場檢測技(jì)術規範(fàn)》編製組對部分已有(yǒu)的砌體結(jié)構檢測方法進行了評審,將回彈法、電荷法、筒壓法(fǎ)、射釘法和剪切法五種(zhǒng)砂漿強度檢測方法和推剪法、單剪法、軸壓法、扁千斤頂和拔出法等五種砌體強度的檢(jiǎn)測方法納入規程。這些方法大多(duō)數為我(wǒ)國科研(yán)人員創造發明的。
除了上述列入規程的方法(fǎ)之外,近年來又有一些新的檢(jiǎn)測方法問世,如河北省(shěng)建築科學研究院的超聲回彈綜合法(fǎ)、中國(guó)建築科學研究院的貫入法等。
砌築結構檢驗測試技術起步比混凝土結構略晚一些,技術成熟程度比混凝土強度檢測技術略差,但該項技術的(de)發展勢頭猛(měng),在國內形成了(le)百家爭鳴的可喜局麵。可以說,按“借鑒—獨創”之路發展起來的砌築結構檢測技術已經達到了經濟發達(dá)國(guó)家的技術水平。
3、鋼結構檢(jiǎn)測
與混凝土結構和砌體結構相比,工程建設中鋼結構的數量相對較少,加之冶金、機械、交通、航空、石(shí)油、化工等工業部門對鋼材物(wù)理力學性能、內部缺陷、焊(hàn)縫探傷等檢驗方法比較完善,因而其檢驗測試技術發展(zhǎn)之路基本是借鑒(jiàn)學習國內其他行業的先進方法,如焊縫和鋼材的超聲波(bō)探傷方法、射線探傷方法、磁粉探傷方(fāng)法和滲(shèn)透探傷(shāng)方法等。
在《鋼結(jié)構工程施工及驗收規範》(GBJ18-66修訂本)中,關於鋼結(jié)構所用材料、製作(zuò)、安裝和工程驗(yàn)收等內容所規定檢驗方(fāng)法還都是常規檢測技術,而在1981年(nián)新板(bǎn)的標準(GBJ205-83)中,關於鋼(gāng)結構焊(hàn)縫的檢驗增加了X射線(xiàn)和超聲波(bō)探傷的內容(róng)。1993年以後又陸續頒布了下述規程:
《建築鋼結構焊接規程》(JGJ81-91);
《鋼結構工程質量檢驗評定標準》(GB50221-95);
《鋼結構工程施工及(jí)驗收規範(fàn)》(GB50205-95)。
在(zài)這些(xiē)規(guī)程(chéng)中(zhōng)明確規(guī)定,焊接的內部缺陷及分級要符合《鋼焊接手工超聲波(bō)探傷方法和探傷結果分級(jí)》(GB11345-89)的規定,使鋼結構的無損檢驗工作(zuò)向前推進了一大(dà)步。
在大型體育場館、展覽(lǎn)館、機場、碼頭、火車站等公共(gòng)建築中,采用鋼網架作為屋蓋結構的愈來愈多(duō)。鋼網架的檢測受到普遍重視。針對該類結構的組件都是薄(báo)壁管、鋼球和高強螺栓等特點,在(zài)實驗研究和總結經驗的基礎上,編製了具有(yǒu)行業特色的《網架結構(gòu)工程質量檢驗評定標準(zhǔn)》(JGJ78-91)和《螺栓球節點鋼網架焊縫超聲波探傷及質量(liàng)分級法》(JG/T3034.2-1996)及《焊接球節點鋼網架焊縫超聲波探傷及質量分級法》(JG/T3034.1-1996)兩本行業標準(zhǔn)。
鋼結構的檢驗測試技術在學習借鑒的基礎上(shàng)已經可以(yǐ)有效地解決實際問題,應該說,該技術還有很大(dà)的發展空間,需要繼續研究與開發。
4、檢驗測試技術的發展前景
更加準確、減少損傷、快捷方便無疑是已有檢驗測試技術改善和提(tí)高(gāo)的發展目標。開發新的(de)檢驗項目,使檢驗測試技術更加完善則是這項(xiàng)技術(shù)發展的(de)方向。
檢驗儀器和設備在(zài)結構的檢(jiǎn)驗與測試技術中扮演著重要的角色。沒有儀(yí)器設備就無法進(jìn)行檢測,而質量好、操作方便的儀器設備是高質量檢測工作的保障。與經濟(jì)發達國家相比,我(wǒ)們的檢(jiǎn)測儀器設備在總(zǒng)體上(shàng)存在著明顯的差距,主要(yào)體(tǐ)現在性能不穩定(dìng)、功能少、壽命短、體積大等方麵。
檢測方法(fǎ)改(gǎi)善和提高的第二個方麵是檢測理論提高和檢測數據分析方法的改善。合理確(què)定檢測數量、合理布置檢測位置、減小檢測結果的不確定性、充分利用檢測數據等,是所有結構(gòu)檢驗與測試工作麵對的問題。
隨著工程技術的發(fā)展和檢測要求的提高,一些新的問題又擺在我們(men)麵前,如高強混凝土的(de)強度檢測、混凝土缺陷的準確判定、預應力筋管道灌(guàn)漿飽(bǎo)滿度測試(shì)、新(xīn)型牆體材料的強度測(cè)試方法(fǎ)及質量評定方法等。
鋼結(jié)構的檢驗與測試是最具有發展潛力的技術。在(zài)對鋼結構進行鑒定時,鋼構件材料物理力學性能的現場無損驗(yàn)測技術、鋼構件應力的現場無(wú)損測(cè)定技術和結構關(guān)鍵部位應力及損傷現場測試技術等是目前亟待發展(zhǎn)的技術。
新技術的開發也(yě)要引進與研製相結合。如(rú)光(guāng)傳感技術、聲發射技術等都是國際(jì)上九十年代中後期的(de)先(xiān)進技術(shù),這些技術在(zài)大(dà)型建(jiàn)設項目施工階段和使用過程中的(de)安全監控(kòng)和結構物安全性現(xiàn)場實荷測試(shì)等方麵(miàn),有比較廣(guǎng)闊的應用(yòng)前(qián)景。
三、結(jié)構的鑒定與評估技術
結構鑒定與評估技術的發展與建築(zhù)市場和社(shè)會的(de)需求有直接(jiē)的關(guān)係,與國家的經濟狀況有密切的關(guān)係,同時又受(shòu)到(dào)檢測技術發展的(de)影響。
建(jiàn)國初期至“文革”期間,我國的(de)結構鑒定與評估工作相對較少。其原因是多方麵的。在這期間(jiān),絕大部分的建(jiàn)設資金用於新建(jiàn)項目,即便如此,建設項目的數量也不多。舊的建(jiàn)築物相對較少,而建國後期的建築物和構築物的使用年數還相對比較短。這段時間的鑒定與評估工作的對象,主要是少量使用時間較長且極其破舊的居民住宅。由於缺乏檢測手段,鑒定工作以經驗為主,相應的處理也多為治標不治本的臨時措施。
1976年以後,結構的鑒定與加固改造技術得(dé)到了明顯的發展。首先是建築物和構(gòu)築物的抗震鑒定與抗震加固技術的發展。1976年唐山地震後,國家每年都要撥出專款進行(háng)建築物和(hé)構築物的抗震加固。國家資金的投入促進了結構鑒定與加固技術的發展。由於這是國內第一次大規模的結構鑒定與加固,缺乏必(bì)要的檢測手段和計算手段,鑒定工(gōng)作依然(rán)以定性為主,以經驗為主。