第五章结构非破损检测与鉴定(1)

第5章结构非破损检测与鉴定结构设计时，应使所设计的结构在其使用期限内，力求在经济合理前提下满足下列各项功能的要求：在偶然事件发生时及发生后，能够保持整体稳定能够承受在施工和使用期限内可能出现的各种作用在正常使用时具有良好的工作性能；具有足够的耐久性；思考题：哪些事件属于偶然事件?已建结构的可靠性鉴定与采用可靠度理论进行结构设计有着完全不同的意义。已建结构是具体对象，它的材料强度、几何尺寸、使用荷载、环境条件已经客观存在。可以采用非破损检测方法获取部分相关变量的数据，但信息不完整。如基础实际已建结构的状态可能不同于设计期望的状态，结构可靠性鉴定要对结构可靠性作出较为准确的评价，而不是只满足简单的界限值。工程实例由于L3#楼（二层、四层）混凝土剥落情况较为严重，故选取了L3#楼一层混凝土顶板作为研究对象（具体位置参见图3）。以查看混凝土楼板在使用荷载作用下的变形情况。现场试验时，在混凝土楼板的底面靠近支座以及跨中布置了9个百分表（编号为D1~D9，具体位置如图5所示），加载前记录各个百分表的初读数，每级荷载（50kg）加载完毕，待5~10分钟当变形稳定后，记录百分表的读数，直至使用荷载全部加载完毕（使用荷载取200kg）。保持使用荷载（200kg）不变，静载持续12小时后，再分级卸载，同时记录分级卸载后百分表的读数，以查看混凝土楼板在卸载情况下的变形恢复情况。混凝土楼板在短边方向上的最终变形如图6所示，加载－卸载变形曲线如图7所示。图6混凝土楼板变形示意图图5百分表安装示意图D9D8D7D4D5D6D3D2D140004900AB560.050.050.3557400005010015020025000.10.20.30.4变形（mm）荷载（kg）加载卸载结论：混凝土楼板在使用荷载作用下基本上处于弹性工作阶段，能够满足使用荷载的基本要求。图7混凝土楼板加载－卸载变形曲线照片1现场分级加荷载情况照片2现场记录分级荷载作用下混凝土楼板的变形情况照片2板顶裂缝形式思考题：温度裂缝和荷载引起裂缝的区别?结构鉴定则是对结构上的作用、结构抗力及其相互关系进行检查、测定、分析判断并取得结论的过程。5.1.1结构可靠性鉴定的特点结构鉴定与结构设计的区别结构设计是在结构可靠性与经济性之间选择一种合理的平衡，使所建造的建筑物能满足各种预定功能的要求。设计荷载和验算荷载基准期和目标使用期可靠性鉴定的基准期应当是以考虑下一个目标使用期为基础，目标使用期的确定是由建筑主管部门根据生产安排、建筑物的技术状况（已用年限、破损状况，危险程度、维修状况等）和工艺更新等综合确定。设计基准期为编制规范采用的基准期，一般50年；结构设计时采用的荷载值为设计荷载，取用《荷载规范》，它是根据统计规律和一定的保证率得出的；对使用若干年后的旧建筑物进行承载力验算时采用的荷载值称为验算荷载。验算荷载是根据建筑物在使用期间的实际荷载，并考虑荷载规范核准确定。结构鉴定中可靠性是以某个指标给出，a,b,c,d级，分级较细。因为在验算和评估工作中要考虑规范的变迁，建筑物的使用效果，对目标使用期的要求等。抗力计算依据结构鉴定时结构的材性、几何尺寸是查阅图纸、施工文件和现场检测结果等综合考虑而确定。总之，抗力验算要反映其真实性。结构设计时，抗力是依据结构设计规范规定的材料强度和计算模式来进行结构计算。可靠性控制级别结构设计中可靠性控制是以满足现行设计规范为准绳，其设计结果只有两种结论：满足或不满足。可靠性鉴定评级根据检测鉴定数据对建筑结构进行荷载及抗力验算并评级；5.1.2结构可靠性鉴定的一般程序根据鉴定目的和要求，确定鉴定范围和测试内容。一般有委托单位和鉴定单位共同确定。初步调查根据已有资料对工程核实，查看主要问题及其部位，并初步判断原因。详细调查鉴定报告法律性的技术文件。内容包括：鉴定对象、目的、范围、原始资料、调查与测试，计算分析、子项评定结果及建议等。补充调查对某个子项进行评级时证据不充分，可进行补充调查。5.2混凝土结构的非破损检测5.2.1混凝土强度检测回弹法利用回弹仪检测混凝土结构构件中混凝土抗压强度的方法称为回弹法物体的硬度越大，碰撞时回弹距离越大，混凝土的强度与其硬度有密切的关系，利用回弹仪测量弹击锤的回弹值，可以推断混凝土的强度。回弹仪3300200026005000330090015009009007001200700130024001300900150090055055033001050180010504500330030003300330033003300124679123579BCFH上下3.6001800750750150033001920750750750750二层平面裂缝图140090085012001750mmmmmm回弹位置1回弹位置2850照片312#楼二层混凝土梁强度回弹根据回弹仪的测试原理，使用时应注意以下几点回弹值与表面硬度有直接关系，影响混凝土表面硬度的因素对回弹值也会产生影响。碳化根据不同的碳化深度修正混凝土强度推定值浮浆顶面和底面不同，在不同浇筑面上得到的回弹值要进行修正回弹仪与水平方向的夹角不同，将会影响回弹值水平弹击时，不需修正，其他测试角度得到的回弹值要作出修正构件尺寸也有限制，如果构件太薄，弹击力使其变形，影响弹击距离。混凝土由粗骨料、细骨料和水泥组成，表面硬度不均匀在混凝土构件上选择测区，测区的面积一般为200mm×200mm，在每个测区内回弹16次，弹击点之间的距离不小于30mm，每个弹击点只容许回弹1次；在16个回弹值中去掉3个最大值和3个最小值，取余下10个回弹值的平均值作为该测区的回弹值。根据构件的长度确定测区的数量，一般为6~10个测区必须注意其限制条件龄期3年以上的混凝土，碳化可能达到相当的深度，回弹值不能准确反映其强度，不宜采用回弹法当混凝土强度超过C60时，不能采用回弹法采用回弹法检测混凝土的强度时，必须预先知道回弹法测强曲线超声脉冲法利用超声波检测混凝土所依据的信息主要是声时、距离、声速和首波(1)(1)(12)Ev耦合剂超声换能器(发射)超声换能器(接收)耦合剂t1时刻的脉冲t2时刻的脉冲根据声速可以得到混凝土的弹性模量，再通过弹性模量与强度的关系，得出混凝土的强度。测量声时，还可以得到混凝土构件的厚度。采用超声波检测混凝土，具有以下特点：检测过程无损于材料和结构构件的性能直接在结构物上进行检测并推定其实际的强度重复或复核检测方便，检测方法具有良好的重复性具有检测混凝土均匀性和内部缺陷的功能，可以将混凝土的强度评定和内部缺陷评定有机的结合超生法有特殊的适用性，例如，采用超生法测量基桩混凝土或钢管混凝土超声波在空气中传播的特性完全不同于它在固体或液体中传播的特性，要求发射探头和接受探头与混凝土的结合面上没有空气进入，避免在结合面上的声能损耗。一般可采用黄油、凡士林或石膏涂抹在探头安装部位。采用超声波检测时，要在混凝土构件上选择一定数量的测区，在每个测区内进行3次测试，取其平均作为该测区的声时值。一般尽可能在构件侧面选择测区，避免不平整的表面。必须要对超生检测结果进行标定。超生法一般不单独用来检测混凝土的强度超声回弹综合法在结构或构件混凝土的同一测区分别测量超生声时和回弹值，再利用已建立的测强公式，推算该测区混凝土强度的方法。有以下优点：两者结合的综合法可以减少混凝土龄期和含水率的影响可以内外结合，相互弥补各自不足1.231.95,0.0038()()ccuiaiaifvR1.721.57,0.008()()ccuiaiaifvR粗骨料为卵石时粗骨料为碎石时钻芯法通过芯样抗压强度直接推定结构混凝土强度。但会对结构造成局部破损，芯样数目有限。芯样两端还应采用研磨或其它方法找平，保证芯样端面与轴线垂直。在同一构件上通常取3个芯样，对较小的构件，也可钻取2个芯样。不同高度芯样的抗压强度值应乘以高径比换算系数。照片414#楼二层混凝土板现场钻取芯样常与其它方法结合使用，减少钻芯数量，提高检测的可靠性拔出法拔出法是将混凝土中锚固件拔出，测定最大拔出力，推定混凝土强度。钻孔磨槽安装锚固件拔出试验拔出法分两类，预埋拔出法和后装拔出法拔出法最突出的特点是可以检测抗压强度高达85MPa的混凝土检测方法简便与操作性准确性检测范围检测速度检测成本回弹法很好一般较宽快很低超声法好较差一般快低超声回弹综合法较好较好较宽较快低钻芯法较差好很宽慢高拔出法一般较好宽中等较高5.2.2混凝土结构内部质量检测混凝土结构内部质量主要是混凝土内部的缺陷大小，钢筋的配置与设计文件的符合程度，裂缝的深度及钢筋的锈蚀程度结构非破损检测的目的主要是判定结构是否满足承载力极限状态和正常使用极限状态提供结构的基本信息超声波检测混凝土内部缺陷超声法是目前应用最为广泛的混凝土内部缺陷的检测方法。在工程实践中，超声法主要用来检测裂缝的深度和混凝土内部的空洞和密实度222(/2)cSLd为了提高测试精度，改变探头安装位置L进行测试，检测结果将会在一定范围内变化，可以对不同的dc取平均值LTRdc平测法检测裂缝深度平测法检测裂缝深度。对于钢筋混凝土梁侧面出现的裂缝进行检测时，可以将发射探头和接受探头分别安装在梁的两个侧面斜测法检测裂缝深度斜测法检测裂缝深度1234512345对于地下基础的深裂缝，平测法不能有效的检测裂缝的深度，可以在裂缝两侧钻孔，采用对测法检测裂缝深度采用超声法检测裂缝深度时，要求裂缝中没有积水和泥浆。钢筋对超声波的传播产生干扰，当钢筋粗且密时，不宜采用超声波检测裂缝深度。采用超声波检测混凝土构件的裂缝宽度时，同时利用声时和首波波形信息，有时首波波形比声时更重要。地下基础深裂缝的检测混凝土结构的内部缺陷只有缺陷部位的尺寸大于探头的尺寸时，检测结果才比较准确。RRTT混凝土缺陷检测对测法测点位置1234512345①②③④⑤①②③④⑤混凝土缺陷检测x斜测法测点位置电磁法检测钢筋直径和混凝土保护层厚度由于钢筋的存在，使检测仪形成的电磁场受到影响，在线圈中产生感应电流，感应电流放大后，驱动显示仪表给出测试结果。半电池法检测钢筋腐蚀钢筋严重锈蚀时，腐蚀的产物即铁锈体积增大，使混凝土保护层胀裂。现场检测时，目测可以发现沿钢筋长度方向的裂缝，这常常是钢筋较严重腐蚀的主要标志。将浸入在硫酸铜溶液中的铜片与混凝土中的钢筋相连，再将浸润硫酸铜溶液的测量触点在混凝土表面移动，如果钢筋的腐蚀环境和腐蚀程度不同，测量半电池与钢筋表面的半电池之间的电位差就不同。5.3钢结构检测5.3.1钢结构的病害特征钢材中的有害元素如硫、磷等使钢材的塑性、冲击韧性疲劳强度、抗腐蚀性、可焊性和冷弯性能等指标降低钢结构最典型的破坏形式是失稳破坏和疲劳断裂破坏钢结构在加工过程中的误差带来的缺陷，如加工尺寸误差，孔径误差，钢材的加工硬化，热加工产生的残余应力焊接钢结构的焊接工艺不正确可能使焊缝产生内部缺陷铆接钢结构的铆接工艺不正确导致钢结构存在缺陷螺栓连接钢结构可能因螺栓孔加工误差、螺栓材质等原因导致出现缺陷，螺栓松动、高强螺栓应力松弛钢结构构件的防腐蚀处理不满足要求，导致构件、连接件、螺栓等被腐蚀结构设计不合理和设计错误，导致钢结构存在初始缺陷5.3.2钢材强度的检测钢材强度的非破损检测大多采用表面硬度法间接测定2222sBsBDDdHHDDd3.6BfH采用较高的超声发射频率，常用的频率范围为0.5~75MHz金属超声检测仪只有1个探头，既利用它来发射超声波，也利用它来接收反射波。用于钢结构焊缝非破损检测时，利用纵波(直探头)，也利用横波(斜探头)焊缝探伤主要采用斜探头5.3.3超声法检测钢材和焊缝缺陷5.3.4磁粉探伤法检测钢材与焊缝缺陷磁粉探伤的基本原理是利用外加磁场将钢构件磁化，再将磁粉喷涂于构件表面，被磁化的构件可以显示出磁力线。如果磁化区域不存在缺陷，各部位的磁特性基本一致，磁粉显示的磁力线均匀分