|
|
|
結構的檢測與加固技術 |
作者：jinyijiagu 來源：本站 發表時間：2011-1-13 9:19:59
點擊：2373
|
摘 要：結構的檢測與加固技術可細分為檢驗測試技術、鑒定評估技術和加固改造技術。檢驗測試技術的基礎，為鑒定與評估工作提供必要的信息和基本數據。鑒定與評估技術是該項技術的關鍵，是連接檢驗測試技術與加固改造技術的重要環節，通過計算、分析、比較和論證，確定影響結構性能的因素、各因素影響的程度、存在問題的性質，確定問題的處理方案。結構的加固與改造是針對結構存在問題的處理，包括施工圖設計和施工操作，是對全套技術先進性、科學性和合理性的驗證階段。
關鍵詞：結構檢測 結構加固
一、概述
50年來，我國的結構驗測與加固技術經歷了從無到有、從單項到全面、從局部構件到整體結構的發展過程。特別是最近20多年，結構的檢測與加固技術得到快速的發展，其應用對象已從開始階段的單層的破舊民居擴展到建設工程中的各類結構。
結構檢測與加固技術的發展與應用對于提高建設工程的質量起到了積極的作用，在節省國家與企業的資金、保障企業生產安全和人民生命財產的安全方面也起到了一定的作用。
二、檢驗與測試技術
結構的檢驗測試與建設工程施工階段的送樣和質量檢查有明顯的區別，它通常為事后的檢驗與測試，如：在澆注好混凝土后，測定鋼筋的配置情況等。因此其工作難度大，技術含量高。檢驗與測試技術一般為材料科學、物理學、化學、電子學與計算機科學等多學科緊密結合的技術。
我國的結構檢驗測試技術走的是“引進—消化—提高”和“借鑒—獨創”相結合的發展之路。
1、混凝土結構
建國初期，我國基本上沒有什么現代的檢測手段。直到六十年代中期才開始進行混凝土強度的非破損檢測方法的研究。七十年代中期，原國家建委把混凝土非破損檢測技術列入了建筑科學研究發展計劃，組織力量進行攻關。到八十年代中期，第一本全國性檢測規程《回彈法評定混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ23—85）問世。此后，關于混凝土強度及缺陷的檢測技術得到了廣泛的應用和持續的發展。到目前為止，關于混凝土強度的檢測已有回彈法、超聲法、鉆芯法、拔出法和灌入法等，以及由上述基本方法組合而成的超聲回彈綜合法、鉆芯回彈綜合法等。較為成熟的混凝土強度和缺陷檢測方法已經有了全國性的檢測技術規程，如：
《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/23—92）；
《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程》（CECS02：88）；
《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS03：88）；
《后裝拔出法檢測混凝土強度技術規程》（CECS 69：94）；
《超生法檢測混凝土缺陷技術規程》（CECS 21：91）。
除了上述這些規程外，冶金、水利和交通等部門也編制了本行業的標準，一些省市還編寫了適應當地材料特點的地方規程，如貴州省的《回彈法測定貴州省山砂混凝土抗壓強度暫行技術規程》等。
混凝土強度的檢測技術已基本成熟，成熟的標志在于測試理論的完善和測試儀器性能，如：“回彈值—碳化深度—強度”關系，反映了回彈值與混凝土強度之間的基本規律。回彈、超聲、鉆芯和拔出等方法雖然都是舶來之法，但都具有了中國特色，且各種檢測儀器和設備已完全國產化。一些儀器的性能已達到了國際先進水平，如北京市政工程研究院研制生產的NM-3B型非金屬超聲波檢測儀等。應該說，在混凝土強度的檢測方面，我國與經濟發達國家已沒有明顯的差距。
混凝土構件鋼筋配置情況的檢測開始于七十年代。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，該儀器可測定120mm厚混凝土層下的鋼筋，并可測定鋼筋直徑，其測試原理為電磁感應。國產儀器可基本上滿足建筑結構檢測的需要。經濟發達的國家的同類儀器性能略好一些。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顯示又可打印輸出，大大提高了檢測速度。
七十年代末到八十年代初，混凝土結構的耐久性問題開始受到重視,與耐久性相關的檢測技術也得到相應的發展。這些測試項目包括：混凝土的損傷程度、鋼筋的銹蝕速度、混凝土中有害元素的含量、混凝土骨料的堿活性、混凝土的抗凍性及抗滲性和混凝土的滲漏點測定等。在這些檢測項目中，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。
混凝土中有害元素的含量、混凝土骨料的堿活性、混凝土的抗凍性和混凝土的抗滲性測定等項目均為取樣檢測。用鉆芯機在結構上取出試樣，在實驗室進行試驗。其中，我國關于骨料的堿活性的檢驗開始于七十年代，到八十年代初水利部門的相關標準《水工混凝土試驗規程》（SD105—82）已開始實行。到九十年代初，快速試驗方法標準《砂、石堿活性快速試驗方法》（CECS48：93）也頒布實施。
國內有關鋼筋銹蝕速度和銹蝕量測定的研究起始于八十年代中期，到八十年代末，交通部門和冶金部門的科研單位研制出鋼筋電位測定儀。這種儀器可定性地判別鋼筋是否銹蝕，九十年代國外的測試儀器可初步定量測試鋼筋的銹蝕速度和銹蝕量，但測試結果有一定的誤差。實際工程檢測中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、砌筑結構
如果說混凝土結構的檢驗與測試走的是“引進—消化—提高”之路，則砌筑結構的檢驗與測試的發展則走的是“借鑒—獨創”之路。
砌筑結構檢測方法的研究開始于七十年代末，主要是將測定砌筑砂漿強度作為砌筑結構抗震鑒定和加固的評定指標。為了改變“眼觀手捏”的判斷方法，而進行了回彈法檢測強度等方法的研究。到八十年代中后期，冶金建筑研究院和中國建筑科學研究院分別研究出沖擊法和點荷法砂漿強度檢測方法；四川省建筑科學研究院、北京市建筑工程研究院、西安磚瓦研究所等單位進行了砌筑用磚強度等級的回彈檢測的研究。此后許多省市的建筑科學研究所都進行了砌體強度、砌筑砂漿強度或砌體塊材強度等級檢測方法的研究。1994年，《砌體結構力學性能現場檢測技術規范》編制組對部分已有的砌體結構檢測方法進行了評審，將回彈法、電荷法、筒壓法、射釘法和剪切法五種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測方法納入規程。這些方法大多數為我國科研人員創造發明的。
除了上述列入規程的方法之外，近年來又有一些新的檢測方法問世，如河北省建筑科學研究院的超聲回彈綜合法、中國建筑科學研究院的貫入法等。
砌筑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，但該項技術的發展勢頭猛，在國內形成了百家爭鳴的可喜局面。可以說，按“借鑒—獨創”之路發展起來的砌筑結構檢測技術已經達到了經濟發達國家的技術水平。
3、鋼結構
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、石油、化工等工業部門對鋼材物理力學性能、內部缺陷、焊縫探傷等檢驗方法比較完善，因而其檢驗測試技術發展之路基本是借鑒學習國內其他行業的先進方法，如焊縫和鋼材的超聲波探傷方法、射線探傷方法、磁粉探傷方法和滲透探傷方法等。
在《鋼結構工程施工及驗收規范》（GBJ 18-66修訂本）中，關于鋼結構所用材料、制作、安裝和工程驗收等內容所規定檢驗方法還都是常規檢測技術，而在1981年新板的標準（GBJ 205-83）中，關于鋼結構焊縫的檢驗增加了X射線和超聲波探傷的內容。1993年以后又陸續頒布了下述規程：
《建筑鋼結構焊接規程》（JGJ 81-91）；
《鋼結構工程質量檢驗評定標準》（GB 50221-95）；
《鋼結構工程施工及驗收規范》（GB 50205-95）。
在這些規程中明確規定，焊接的內部缺陷及分級要符合《鋼焊接手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》（GB 11345-89）的規定，使鋼結構的無損檢驗工作向前推進了一大步。
在大型體育場館、展覽館、機場、碼頭、火車站等公共建筑中，采用鋼網架作為屋蓋結構的愈來愈多。鋼網架的檢測受到普遍重視。針對該類結構的組件都是薄壁管、鋼球和高強螺栓等特點，在實驗研究和總結經驗的基礎上，編制了具有行業特色的《網架結構工程質量檢驗評定標準》（JGJ 78-91）和《螺栓球節點鋼網架焊縫超聲波探傷及質量分級法》(JG/T 3034.2-1996)及《焊接球節點鋼網架焊縫超聲波探傷及質量分級法》（JG/T 3034.1-1996）兩本行業標準。
鋼結構的檢驗測試技術在學習借鑒的基礎上已經可以有效地解決實際問題，應該說，該技術還有很大的發展空間，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高的發展目標。開發新的檢驗項目，使檢驗測試技術更加完善則是這項技術發展的方向。
檢驗儀器和設備在結構的檢驗與測試技術中扮演著重要的角色。沒有儀器設備就無法進行檢測，而質量好、操作方便的儀器設備是高質量檢測工作的保障。與經濟發達國家相比，我們的檢測儀器設備在總體上存在著明顯的差距，主要體現在性能不穩定、功能少、壽命短、體積大等方面。
檢測方法改善和提高的第二個方面是檢測理論提高和檢測數據分析方法的改善。合理確定檢測數量、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，是所有結構檢驗與測試工作面對的問題。
隨著工程技術的發展和檢測要求的提高，一些新的問題又擺在我們面前，如高強混凝土的強度檢測、混凝土缺陷的準確判定、預應力筋管道灌漿飽滿度測試、新型墻體材料的強度測試方法及質量評定方法等。
鋼結構的檢驗與測試是最具有發展潛力的技術。在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測技術、鋼構件應力的現場無損測定技術和結構關鍵部位應力及損傷現場測試技術等是目前亟待發展的技術。
新技術的開發也要引進與研制相結合。如光傳感技術、聲發射技術等都是國際上九十年代中后期的先進技術，這些技術在大型建設項目施工階段和使用過程中的安全監控和結構物安全性現場實荷測試等方面，有比較廣闊的應用前景。
三、結構的鑒定與評估技術
結構鑒定與評估技術的發展與建筑市場和社會的需求有直接的關系，與國家的經濟狀況有密切的關系，同時又受到檢測技術發展的影響。
建國初期至“文革”期間，我國的結構鑒定與評估工作相對較少。其原因是多方面的。在這期間，絕大部分的建設資金用于新建項目，即便如此，建設項目的數量也不多。舊的建筑物相對較少，而建國后期的建筑物和構筑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。由于缺乏檢測手段，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年以后，結構的鑒定與加固改造技術得到了明顯的發展。首先是建筑物和構筑物的抗震鑒定與抗震加固技術的發展。1976年唐山地震后，國家每年都要撥出專款進行建筑物和構筑物的抗震加固。國家資金的投入促進了結構鑒定與加固技術的發展。由于這是國內第一次大規模的結構鑒定與加固，缺乏必要的檢測手段和計算手段，鑒定工作依然以定性為主，以經驗為主。
經過20多年的發展，建筑物和構筑物的抗震鑒定與抗震加固技術已日臻完善，形成了自己的體系，成為結構鑒定與加固技術不可缺少的重要分支。抗震鑒定標準已經形成了系統，常用的標準如下：
《建筑抗震鑒定標準》（GBJ50023-95）；
《室外給排水工程設施抗震鑒定標準》（GBJ 43-82）；
《室外煤氣熱力工程設施抗震鑒定標準》（GBJ 44-82）；
《工業構筑物抗震鑒定標準》（GBJ 117-88）。
建筑物和構筑物抗震鑒定與加固技術的發展與成熟，為結構鑒定與加固技術的發展奠定了基礎。
1985年，經國務院批準，開展了建國以來第一次城鎮房屋的普查工作。為配合這次普查，國家建設行政主管部門組織有關技術部門編制了《房屋等級評定標準》和《危險房屋鑒定標準》。鑒于當時缺少相應檢測手段，待評定和鑒定房屋的數量極大，這兩標準均采用了以外觀檢查為主的鑒定方法，并將房屋分成完好、基本完好、一般損壞、嚴重損壞和危險房屋等五個等級。
這是一次專業技術人員與非專業人員結合的普查，由房管部門統查，由各單位自查。以某省為例，約1.3萬人參加普查，普查房屋約1.3億平方米。普查結果為完好房屋約占總數的38.5%，基本完好房屋約占總數的33.5%，一般損壞房屋約占總數的18.9%，嚴重損壞房屋約占總數的7.0%，危險房屋約占總數的2.1%。這次普查使房管部門擁有了一支進行房屋安全鑒定的技術隊伍，為隨后成立的房屋安全鑒定站奠定了基礎。
1976年開始的抗震鑒定與加固和1985年開始的全國性的房屋普查及隨后的大規模的修繕，標志著我國的工程建設從以新建為主轉變為新建與維修加固改造并重的階段。
1989年，大連重型機械廠辦公樓會議室地面突然塌陷，造成重大的人員傷亡事故。這次事故引起了建設行政主管部門的高度重視，當年，在全國范圍內開展了已有房屋安全性檢查工作。由于此時構件的混凝土強度、配筋、砌筑砂漿強度、砌筑用強度等級等檢測技術的推廣，檢查鑒定工作從以定性的外觀檢查結果為依據發展到以定量的檢測數據為依據的階段。與此相應，建設行業的科研基金明顯向結構耐久性、檢測、鑒定、加固和改造方面傾斜。鐵路、交通、水利、電力、冶金、化工、紡織、輕工、機械等行業也開展了相應的工作。在國內形成了結構安全性鑒定與加固技術和結構耐久性鑒定和剩余壽命評估等相應技術發展的契機。結構的安全性問題得到了普遍的重視。
隨后，成立了全國建筑物鑒定與加固標準技術委員會和房屋安全鑒定委員會，各行業和各地方鑒定與加固的技術和經驗得以交流，鑒定與加固技術向標準化方向健康地發展。同時隸屬于各地房地產管理局的房屋安全鑒定部門成立，使房屋的安全性鑒定工作逐步走上了正軌。
目前已有的鑒定標準和擬頒布的相關標準有：
《工業廠房可靠性鑒定標準》（GBJ 114-90）；
《民用建筑可靠性鑒定標準》（將頒布）；
《鋼結構檢測評定及加固技術規程》（YB 9257-96）；
《鋼鐵工業建（構）筑物可靠性鑒定規程》（YBJ 219-89）。
這些鑒定標準把定性的鑒定提高到定量的階段，其主要對象為已有的建筑結構，使已有結構的鑒定結果具有可靠性。
到了九十年代，特別是住宅商品化以后，建設工程的質量成為萬眾矚目的焦點，并引起中央領導的重視。這一形勢促進了建設工程質量的檢測與鑒定技術的發展。建設工程質量的檢測與鑒定技術已超出了單純的結構安全的范疇，包括了結構的安全性、耐久性、適用性和抗災害能力以及工程質量問題產生原因的鑒定與分析等綜合問題。這類鑒定不僅包括工程施工質量，還包括設計質量，以設計規范和工程驗收規范為準繩，以國家和各地有資質的工程質量檢驗中心為骨干。
建設工程質量的檢測與鑒定為治理工程質量通病，如設計造成的多層磚房溫度裂縫問題，混凝土工程施工階段的開裂問題等起到了積極的作用，為設計規范和施工驗收規范的修編提供了依據。
經過50年的發展，結構的鑒定與評估技術已經發展成為包括結構安全性鑒定、結構抗災害能力鑒定與評估、工程質量問題鑒定、災后結構的鑒定與評估和結構耐久性鑒定和剩余壽命評估的綜合技術。
但鑒定與評估技術尚存在一些問題，如在對已有結構的承載能力計算鑒定時一般都沿用結構設計時的計算理論和計算方法。結構的設計階段采用失效概率的理論，考慮了作用的變異、材料強度變異、構件尺寸的變異等；而已有結構的承載能力鑒定時，除了可變作用存在變異外，永久作用、材料強度和構件尺寸已確定，此外存在著軸線的實際偏差、基礎實際不均勻沉降、環境溫度的影響、結構的實際損傷等；問題不同了，計算理論和計算方法也應該有所區別。因此，關于已有結構的承載能力的計算理論和計算方法有待發展。
在對建筑工程質量問題鑒定時，鑒定工作受到結構設計理論的制約，如設計不考慮環境因素的影響，而實際工程質量問題與環境溫度等有很大的關系，如何評定這類問題，也有待設計理論和鑒定理論的提高。
四、結構的加固與改造技術
50年來，結構的加固與改造技術也得到了相應的發展。
除了單層居民住宅的修繕外，五十年代至六十年代加固較多的是單層工業廠房中的薄腹梁和混凝土柱。常見的薄腹梁的加固方法為體外拉桿方法，拉桿中施加的拉力多采用電熱張拉法。常見的混凝土柱加固方法有外包鋼法和外包混凝土法或稱為增大截面法。此外尚有環氧砂漿修補法，此法常見于摻加氯鹽混凝土構件的修復。這些方法主要源于前蘇聯，目前還在使用，但從理論上和操作工藝上都有了改善和提高。如混凝土柱的外包鋼法加固方法，開始階段的計算方法是分別計算混凝土柱和外包鋼，外包鋼按鋼結構計算；當外包裝的綴板加密并出現濕式的施工方法時，其計算按整體構件考慮；當綴板施加拉力時，可按約束混凝土進行計算。
七十年代中后期，砌體結構抗震加固的問題日益突出，特別是磚墻的加固問題。中國建筑科學研究院等單位開發了鋼筋網水泥砂漿面層（俗稱“加板墻”）加固技術，該技術至今仍然廣泛用于砌筑墻體的加固。
八十年代初，遼寧省首先引進了法國混凝土構件加固技術，并用于實際工程。這種技術使混凝土受彎構件的抗彎能力的加固得到簡化。此后，遼寧省建筑科學研究院和中國科學院大連物化所研制成功用于混凝土構件粘鋼加固的JGN結構加固膠，使粘鋼加固技術得以在國內迅速推廣應用。由粘鋼加固技術還派生出來錨粘帶鋼加固技術和勁性外包鋼加固技術。前一技術將錨栓固定技術與粘鋼加固技術相結合，用于受彎構件抗彎和抗剪能力不足的加固。后項技術將前項技術與鋼-混凝土組合結構技術相結合，用于受彎構件抗彎抗剪能力不足和鋼度不足的加固。
JGN結構加固膠的引進，使得錨載鋼筋的技術風行一時，同時帶動了混凝土構件裂縫修補技術的發展。
九十年代初，中國建材院研制出高流動性修補砂漿，使得混凝土構件的局部修補技術得以提高。該項新材料使得混凝土柱的制約加固技術成為現實。
九十年代中后期，纖維類材料用于加固的研究掀起了高潮，冶金建筑研究院引進碳纖維加固技術，河北省建筑科學研究院開發了丙綸纖維混凝土加固技術，中國建筑科學研究院開發了玻璃纖維水泥砂漿面層組合砌體加固技術等。
最近，國外金屬錨栓進入中國市場，這一技術在結構的加固與改造中得到應用。中國建筑科學研究院正在編制金屬錨栓的產品標準和工程標準。
隨著結構加固技術的發展，結構的改造技術也得到了發展，結構的加固技術在結構的改造中發揮了作用。此外，替代結構技術、改變傳力途徑技術、預應力技術、托梁拔柱技術、結構增層和加層技術，在結構的改造中由廣大的科技人員和工程技術人員發明和創造出來。
加固改造技術的標準化是該項技術成熟的標志，目前在用和即將頒布的加固改造技術規程有：
《古建筑木結構維護與加固技術規范》（GB50165-92）；
《混凝土結構加固技術規范》（CECS25:90）；
《鋼結構加固技術規范》（CECS77:96）；
《多層磚房結構加層技術規范》（CECS78:96）；
《砌體結構加固技術規范》（待頒布）。
結構的加固技術有待進一步發展。
新的加固材料的研制是推動加固技術發展的動力。以往的經驗告訴我們，檢測鑒定技術的發展依賴于檢驗測試儀器的發展，加固技術的發展依賴于新材料的發展。由輕質、高強、抗腐蝕、耐高溫的新材料構成的效果好、易施工的加固方法可推動加固材料的發展。
加固改造理論的提高是該項技術發展的另一個方面。目前的加固基本上是針對構造和承載能力不足的構件，缺乏從結構總體上的把握與判別。在結構設計領域則有相應的理論，如建筑抗震設計中的概念設計，混凝土結構設計中的強柱弱梁強節點等。目前的加固有時會適得其反。例如：對多層磚混結構的某一層墻體做夾板墻加固，使得該層墻體的鋼度大幅度增加，形成與相臨樓層的鋼度差，對結構的抗震不利。此外還有加固后構件的承載能力提高，防火等級大幅度下降等問題。這些問題需要從總體上把握，靠加固理論的提高來解決。
加固改造技術的提高還體現在施工技術改善和提高及施工機具上，而在這方面的研究一直相對較少。
（邸小壇 王安坤）
|
| |
|
|
|
|
|
 |
|
