重慶重大房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷技術(shù)、制度和措施的實(shí)施現(xiàn)狀和有效性分析

黃樂鵬 蘇常旺 姚運(yùn)航

摘要：健康檢測(cè)在房建結(jié)構(gòu)檢測(cè)中有著廣泛的使用，對(duì)于評(píng)估房建結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，評(píng)估其使用性能具有重要意義。本文總結(jié)了現(xiàn)有的房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷技術(shù)、制度和措施，研究了每種技術(shù)、制度和措施的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)其有效性進(jìn)行了分析。為重慶重大房建結(jié)構(gòu)健康診斷提供了理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為提出重慶重大房建結(jié)構(gòu)安全保障的戰(zhàn)略思維和體系做基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：房建結(jié)構(gòu);健康狀態(tài);診斷技術(shù);有效性分析

中圖分類號(hào)：TU3? ??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???? 文章編號(hào)：2096-6903（2021）07-0000-00

0引言

健康檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)必不可少的技術(shù)，目的是為了保障機(jī)械的安全使用，而健康檢測(cè)的領(lǐng)域之廣，已經(jīng)覆蓋了關(guān)于重工業(yè)、輕工業(yè)、建筑業(yè)，以及材料和結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。在健康檢測(cè)的發(fā)展中，檢測(cè)技術(shù)也在日益創(chuàng)新，例如各種新型的物理無(wú)損檢測(cè)方法，這從側(cè)面展現(xiàn)出我國(guó)日益強(qiáng)大的科技創(chuàng)新能力，以及我國(guó)的工業(yè)發(fā)展速度之迅猛。在我國(guó)科研人員不斷的努力發(fā)展之下，一些廣泛運(yùn)用的技術(shù)，如新型傳感技術(shù)與器件、檢測(cè)圖像技術(shù)與信號(hào)處理方法等，進(jìn)入了世界一流陣營(yíng)。

1房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷技術(shù)的現(xiàn)狀和有效性分析

1.1健康狀態(tài)診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

從我國(guó)健康狀態(tài)診斷技術(shù)發(fā)展來(lái)看，從單一的技術(shù)演變?yōu)槿缃竦亩喾皆\斷技術(shù)，大致可分為八大類型的診斷技術(shù)，分別是聲、電磁、輻射、熱學(xué)、滲透、光學(xué)、泄漏以及機(jī)器人輔助診斷技術(shù)。

不同于古代的建筑物，現(xiàn)代的建筑物除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形式多樣，還有著其他外力因素所導(dǎo)致的不同程度的損傷，繼續(xù)使用或者拆除重新都有待商榷，這時(shí)候就需要對(duì)建筑物的健康狀態(tài)進(jìn)行診斷了，對(duì)其正確評(píng)估現(xiàn)在的使用性能和其服役時(shí)限，這對(duì)于建筑的充分發(fā)揮其剩余價(jià)值具有重要意義。

建筑物在實(shí)際工作狀態(tài)中，表現(xiàn)出其可靠性最重要的指標(biāo)就是建筑物實(shí)際工作中的應(yīng)力程度。在工程結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)過(guò)程中，其實(shí)際應(yīng)力檢測(cè)一般有兩種檢測(cè)方式，第一種是通過(guò)改變應(yīng)力檢測(cè)出其應(yīng)變，再測(cè)量其應(yīng)力;第二種是通過(guò)物理等無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。第一種的檢測(cè)方式視檢測(cè)方法而言對(duì)建筑物有著不同程度的損傷，而第二種是無(wú)損檢測(cè)，是利用光學(xué)原理或者材料磁性能。

1.2現(xiàn)有診斷技術(shù)及有效性分析

1.2.1 超聲診斷

超聲診斷運(yùn)用了其在結(jié)構(gòu)傳播特性的原理。通過(guò)一端產(chǎn)生聲源進(jìn)而產(chǎn)生超聲波，再利用特定的方法使超聲波在結(jié)構(gòu)傳播時(shí)與結(jié)構(gòu)材料以及結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生作用。運(yùn)用診斷設(shè)備接收從結(jié)構(gòu)傳出的超聲波，再對(duì)其特征進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的損傷程度進(jìn)行判斷。

其優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)平面型缺陷十分敏感，可以快速測(cè)出損傷;而且設(shè)備輕便，穿透效果好。但是其缺點(diǎn)在于要求被診斷表面光滑;不易發(fā)現(xiàn)較小的損傷;需要操作人員熟悉標(biāo)準(zhǔn)，操作不便;不適用于形狀比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

1.2.2 射線診斷

射線診斷的原理是一端運(yùn)用射線穿透結(jié)構(gòu)，另一端運(yùn)用膠片來(lái)記錄射線的穿透信息，再根據(jù)其膠片底片黑度顯示的不均勻圖像來(lái)判斷其缺陷。

其優(yōu)點(diǎn)在于可以直接獲得關(guān)于缺陷幾何尺寸的直觀圖像，有記錄且便于保存，適用于體積型等缺陷、厚度較薄的試件、對(duì)接焊縫。其缺點(diǎn)在于不適用面積型缺陷、厚度較厚的試件、棒材等，并且成本較高、速度較慢;還會(huì)對(duì)生物有危害。

1.2.3 磁粉診斷

磁粉診斷是利用磁粉作為介質(zhì)，利用漏磁場(chǎng)效應(yīng)對(duì)磁粉的吸附作用進(jìn)行診斷。磁粉的位置變化經(jīng)處理即可顯示被檢測(cè)物體的不連續(xù)性特征。

其優(yōu)點(diǎn)在于可以檢測(cè)微小型鐵磁性材料，可以檢測(cè)各類未成型的金屬材料，可以對(duì)材料的微型裂縫、密度疏松部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其缺點(diǎn)在于使用范圍有限，僅僅適用于具有磁性的材料，對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程要求較高，流程復(fù)雜。

1.2.4 滲透診斷

滲透監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用毛細(xì)現(xiàn)象作用原理，檢查材料表面開口缺陷的無(wú)損監(jiān)測(cè)方法，按照滲透材料的不同，常分為著色、熒光和著色熒光三類。一般在特種設(shè)備和機(jī)械中運(yùn)用廣泛，比如鍋爐、起重設(shè)備和游樂場(chǎng)設(shè)施。

其優(yōu)點(diǎn)在于操作便捷、成本低廉、適用材料廣泛。其缺點(diǎn)在于檢測(cè)面較小，只能檢測(cè)表面開口缺陷，操作前后對(duì)設(shè)備和材料的清潔度較高。

1.2.5 渦流診斷

渦流檢測(cè)技術(shù)是表面或者近表面的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，其利用電磁感應(yīng)原理在線圈中導(dǎo)致的電流強(qiáng)度變化，通過(guò)監(jiān)測(cè)電流的變化反映物體的缺陷。

其優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)導(dǎo)電材料靈敏度很高，能監(jiān)測(cè)材料表面裂縫的深度，不受高溫限制，且能夠在零件缺口內(nèi)部完成檢測(cè)。其缺點(diǎn)在于檢測(cè)效率過(guò)低，不能識(shí)別缺陷的類型，不適用于絕緣體。

2房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷制度的現(xiàn)狀和有效性分析

建筑工程結(jié)構(gòu)診斷的基本制度，應(yīng)包括明確建筑工程結(jié)構(gòu)診斷的目的，了解建筑工程結(jié)構(gòu)診斷的對(duì)象，確認(rèn)診斷的范圍、內(nèi)容和項(xiàng)目，選擇適合的抽樣方案和選擇合適的診斷方法及診斷項(xiàng)目的抽樣數(shù)量應(yīng)符合診斷方法標(biāo)準(zhǔn)的要求等。

2.1房建結(jié)構(gòu)診斷目的

明確房建結(jié)構(gòu)診斷的目的非常重要。房建結(jié)構(gòu)診斷的目的決定結(jié)構(gòu)診斷的范圍、內(nèi)容、項(xiàng)目及診斷抽樣方案。對(duì)于建筑工程結(jié)構(gòu)診斷的目的，可區(qū)分為局部、專項(xiàng)與整體、新建工程質(zhì)量與既有建筑的安全等。局部診斷是指需要診斷的部位是結(jié)構(gòu)工程的若干構(gòu)件、樓層，對(duì)于新建工程的樓板或地下室墻體裂縫診斷以及若干構(gòu)件、樓層的構(gòu)件材料強(qiáng)度診斷等均屬于這一類;對(duì)于既有建筑的局部進(jìn)行改造，如把某層的個(gè)別房間由辦公室改為檔案室，這時(shí)在對(duì)該建筑結(jié)構(gòu)的整體施工質(zhì)量不懷疑的情況下，可僅診斷需要改造的樓板構(gòu)件及對(duì)其受力有影響的梁、柱構(gòu)件。

專項(xiàng)診斷則是結(jié)構(gòu)診斷的一個(gè)項(xiàng)目，是相對(duì)于結(jié)構(gòu)全面診斷而言的。比如火災(zāi)程度及其影響范圍的診斷、鋼筋保護(hù)層厚度的診斷等等。新建工程的結(jié)構(gòu)質(zhì)量診斷是一個(gè)寬泛概念，包括構(gòu)件材料強(qiáng)度、構(gòu)件截面尺寸偏差，結(jié)構(gòu)樓層與結(jié)構(gòu)整體垂直度、構(gòu)件內(nèi)部與外部質(zhì)量缺陷等等。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)診斷來(lái)確認(rèn)是新建工程結(jié)構(gòu)方面的質(zhì)量，還是主體結(jié)構(gòu)的全面施工質(zhì)量。

既有建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性鑒定診斷，應(yīng)該是對(duì)被檢建筑工程較全面的現(xiàn)狀質(zhì)量診斷。雖然既有建筑工程結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀質(zhì)量診斷與新建工程結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的全面診斷都是全面的診斷，但是診斷的目的并不相同。新建工程的結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的全面診斷應(yīng)按照相關(guān)專業(yè)驗(yàn)收規(guī)范的要求進(jìn)行隨機(jī)抽樣，不能由委托方指定。只有明確了診斷的目的，才能確定診斷的范圍、內(nèi)容、項(xiàng)目及診斷抽樣方案，才不會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)大診斷范圍或不能滿足委托方要求的問(wèn)題。

2.2房建結(jié)構(gòu)診斷范圍、內(nèi)容和項(xiàng)目

在對(duì)房建結(jié)構(gòu)的診斷目的和對(duì)象明確之后，需要進(jìn)一步的診斷的范圍、具體內(nèi)容等。診斷的范圍應(yīng)當(dāng)對(duì)已經(jīng)發(fā)生裂縫的構(gòu)件或是在冬季等惡劣環(huán)境下施工的部位繼續(xù)抽樣診斷，避免診斷范圍的無(wú)端擴(kuò)大。對(duì)于正常環(huán)境施工的構(gòu)件，應(yīng)該采用少量抽樣的方式進(jìn)行驗(yàn)證式診斷。診斷所選取的內(nèi)容和項(xiàng)目能夠滿足診斷的目的，對(duì)于委托方未明確的診斷內(nèi)容，不能隨意刪減。當(dāng)診斷單位缺乏一定的診斷能力時(shí)，應(yīng)及時(shí)向委托方說(shuō)明，放棄或分包診斷。

2.3抽樣方案的選擇

房建結(jié)構(gòu)質(zhì)量診斷、特別是房建結(jié)構(gòu)診斷的診斷目的是為了評(píng)價(jià)建筑工程或主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，是診斷單位對(duì)工程實(shí)體進(jìn)行診斷，是診斷單位根據(jù)委托方的診斷目的和診斷項(xiàng)目、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀等去現(xiàn)場(chǎng)抽樣。因此，房建結(jié)構(gòu)質(zhì)量診斷包括建筑工程結(jié)構(gòu)安全與抗震性能鑒定的診斷抽樣，必須符合相應(yīng)規(guī)范的要求和被診斷工程的狀況。

對(duì)于既有建筑的安全與可靠性診斷中的結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何尺寸與尺寸偏差的診斷，不是判定結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何尺寸的施工質(zhì)量，而是通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何尺寸的診斷，給出該工程結(jié)構(gòu)安全鑒定中結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的幾何參數(shù)取值。若均為負(fù)偏差或均為正偏差則應(yīng)給出結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸的實(shí)際值;若存在正、負(fù)偏差且偏差不大則可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸設(shè)計(jì)值進(jìn)行承載力分析。因此，對(duì)于既有建筑的安全與可靠性診斷中的結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何尺寸與尺寸偏差的診斷，其抽樣數(shù)量可按《建筑結(jié)構(gòu)診斷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》確定，但抽樣結(jié)果的分析不能運(yùn)用該標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量抽樣進(jìn)行判定是否合格，而是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)的方法給出所診斷工程結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何參數(shù)的概率統(tǒng)計(jì)特征值和相應(yīng)的數(shù)據(jù)取值。

結(jié)構(gòu)構(gòu)造是為了提高結(jié)構(gòu)的整體安全與性能，是根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)整體安全與性能的貢獻(xiàn)而設(shè)置的。在實(shí)際房建結(jié)構(gòu)工程中，相同結(jié)構(gòu)構(gòu)件所在的樓層及其位置不同對(duì)結(jié)構(gòu)整體安全與性能的貢獻(xiàn)也是有差異的。不僅如此，而且還應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀缺陷，區(qū)分重點(diǎn)診斷區(qū)域和一般診斷區(qū)域。既使是對(duì)既有建筑的安全性鑒定，其診斷也應(yīng)區(qū)分重點(diǎn)樓層和主要受力構(gòu)件等，對(duì)于重點(diǎn)樓層和主要抗側(cè)力構(gòu)件可采取加嚴(yán)抽樣方案，對(duì)于一般樓層和次要受力構(gòu)件可采用一般的抽樣方案，對(duì)于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件則可采用放寬的抽樣方案等，而不是一味強(qiáng)調(diào)隨機(jī)抽樣。

2.4診斷方法的選擇

診斷方法要根據(jù)診斷項(xiàng)目、診斷目的、建筑結(jié)構(gòu)狀況和現(xiàn)場(chǎng)條件選擇。建筑結(jié)構(gòu)診斷方法選擇的這些原則是相輔相成、互相聯(lián)系。比如，建筑結(jié)構(gòu)診斷的目的決定著是全面診斷還是局部或?qū)ｍ?xiàng)診斷，不同診斷目的決定著診斷項(xiàng)目的多少;而建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量狀況又與建筑結(jié)構(gòu)診斷的目的和項(xiàng)目選擇相聯(lián)系;對(duì)建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷較為突出的樓層（或部位）的構(gòu)件其診斷項(xiàng)目可能會(huì)較現(xiàn)狀良好的樓層要多，不僅如此，還會(huì)直接影響整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)診斷項(xiàng)目的確定。

2.5抽樣數(shù)量符合診斷標(biāo)準(zhǔn)

在實(shí)際房建結(jié)構(gòu)診斷中，應(yīng)按照有關(guān)規(guī)范條例選取抽樣數(shù)量，不能由主觀意愿對(duì)其進(jìn)行減少。在制定有關(guān)診斷方法標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，編制單位進(jìn)行過(guò)大量的研究并通過(guò)了實(shí)際工程的檢驗(yàn)，其規(guī)定的數(shù)量是將樣本各種可能出現(xiàn)的情況考慮在內(nèi)的，也是與相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)相互配套的。不僅如此，其抽樣數(shù)量與推定結(jié)果是直接相連的。也就是說(shuō)不按相關(guān)診斷標(biāo)準(zhǔn)的抽樣數(shù)量去診斷，則很難保證診斷結(jié)果的正確性。

3房建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷措施的現(xiàn)狀和有效性分析

建筑結(jié)構(gòu)診斷措施有很多種分類，針對(duì)不同的建筑結(jié)構(gòu)往往采用不同的診斷措施。下面，就常見結(jié)構(gòu)的診斷措施展開簡(jiǎn)要闡述：

3.1 砌體結(jié)構(gòu)診斷

按照檢測(cè)部位的不同，砌體結(jié)構(gòu)的常用檢測(cè)技術(shù)可分為直接檢測(cè)法和間接檢測(cè)法兩類，其中直接法的檢測(cè)對(duì)象為砌體性質(zhì)，間接法主要檢測(cè)砂漿強(qiáng)度。

直接法通過(guò)相應(yīng)技術(shù)直接檢測(cè)砌體的力學(xué)性能指標(biāo)，由于砌體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度離散型較大，通常需要選取多組試塊，這就造成了工作量相對(duì)較大。間接法對(duì)于結(jié)構(gòu)的損傷性遠(yuǎn)小于直接法，其通過(guò)測(cè)試灰縫砂漿的強(qiáng)度推定結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，這樣就造成結(jié)果與實(shí)際值相差較大。通?？梢詫煞N方法結(jié)合使用，對(duì)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確。

3.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)診斷

鋼混結(jié)構(gòu)常用的檢測(cè)方法包括回彈法、超聲波法、超聲回彈綜合法、鉆芯法、射釘法以及結(jié)構(gòu)性能實(shí)荷法等，其中工程中常用方法是鉆芯法和回彈法。

鉆芯法作為一種損壞性檢測(cè)方法，鉆芯法即為使用建筑構(gòu)件上所取的芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，可以檢驗(yàn)構(gòu)件重要結(jié)構(gòu)部位的損傷，對(duì)結(jié)構(gòu)有局部損壞，具有一定的可靠性?；貜椃ㄊ峭ㄟ^(guò)回彈儀直接在混凝土表面回彈，從而確定混凝土強(qiáng)度，準(zhǔn)確性較鉆芯法低。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)診斷

鋼結(jié)構(gòu)的診斷可分為鋼結(jié)構(gòu)材料、連接節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件尺寸偏差、變形、涂裝等質(zhì)量和性能的診斷鋼結(jié)構(gòu)的診斷。有時(shí)也需要通過(guò)實(shí)荷檢驗(yàn)和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力測(cè)試來(lái)確定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的性能。目前，由于研究鋼材的工業(yè)部門較多，鋼材的力學(xué)性能、內(nèi)部缺陷、焊縫探傷的確定方法已經(jīng)較為全面。但是鋼材是一類缺陷敏感性結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)該主要從材料和節(jié)點(diǎn)及外部損傷等處的損傷來(lái)診斷鋼結(jié)構(gòu)的損傷，難以進(jìn)行半有損或有損診斷。

4結(jié)語(yǔ)

為了防止重慶重大房建結(jié)構(gòu)所存在的各種自身以及外在風(fēng)險(xiǎn)，本文通過(guò)大量調(diào)研工作，總結(jié)了重慶重大房建結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的健康狀態(tài)診斷技術(shù)、制度和措施，并進(jìn)行了有效性分析，為重慶重大房建結(jié)構(gòu)健康診斷提供了理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為提出重慶重大房建結(jié)構(gòu)安全保障的戰(zhàn)略思維和體系做基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉愛軍，劉少杰.建筑結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)方法綜述[J].大陸橋視野，2016（12）：149-149.

[2] 蘭四清，林雅清，王玉林，等.建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用綜述[J].課程教育研究：學(xué)法教法研究，2015（10）：223-224.

[3] 趙巖.超聲波檢測(cè)混凝土框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)試驗(yàn)研究[D].保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[4] 龐遠(yuǎn)，周好斌.基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法的高頻薄壁鋁焊管渦流探傷初探[J].焊接技術(shù)，2013，42（4）：1-3.

[5] 張玉敏，王忠海.混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性模量與其超聲聲速之間關(guān)系的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2002（12）：40-42.

[6] 朱俊.橋梁基樁內(nèi)部缺陷檢測(cè)方法對(duì)比研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2010.

收稿日期：2021-07-13

基金項(xiàng)目：重慶重大工程結(jié)構(gòu)健康維護(hù)與防災(zāi)救援體系戰(zhàn)略研究（2019-CQ-ZD-4）

作者簡(jiǎn)介：黃樂鵬（1987—），男，四川樂山人，博士，副研究員，研究方向：土木工程。

Analysis on the Implementation Status and Effectiveness of Health Diagnosis Technology， System and Measures for Major Building Structures in Chongqing

HUANG Lepeng，SU Changwang，YAO Yunhang

（Chongqing University，? Chongqing400044）

Abstract： Health testing is widely used in the testing of building structures， and it is of great significance to evaluate the working state and performance of building structures. This paper summarizes the existing health diagnosis technology， system and measures of housing construction， studies the advantages and disadvantages of each technology， system and measures， and analyzes their effectiveness. This paper provides a theoretical basis for the health diagnosis of Chongqing's major housing structures， and also provides a basis for the strategic thinking and system for the safety guarantee of Chongqing's major housing structures.

Keywords： Building structure;Health status;Diagnostic techniques;Effectiveness analysis