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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
2、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D1D9，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510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
3、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,.,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
4、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
5、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
6、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,.,.,照片3 12#楼二层混凝土梁强度回弹,.,根据回弹仪的测试原
7、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
8、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610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,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
9、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
10、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,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4 14#楼二层
11、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。,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,.,.,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
12、要用来检测裂缝的深度和混凝土内部的空洞和密实度,.,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,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,.,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
13、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。,混凝土缺陷检测对测法测点位置,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
14、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
15、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,.,.,采用较高的超声发射频率，常用的频率范围为0.575MHz,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
16、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布。如果构件存在裂纹、气孔或非金属夹杂等缺陷，由于它们会在构件上造成气隙或不导磁的间隙，其磁导率远小于无缺陷部位的磁导率，使得缺陷部位的磁阻增加，磁力线路径受到隔阻，在构件表面形成漏磁场。,磁粉探伤又分为干法和湿法,漏磁场的形成,.,磁粉探伤机 青岛理工大学,.,5.3.5 焊缝的X射线探伤,当X射线穿透焊缝时，其内部不同的组织结构对X射线的吸收能力不同，金属密度越大，钢板越厚，射线被吸收的越多。在又缺陷部位和无缺陷部位，X射线被吸收的程度也有差别。,X射线探伤采用照相法,.,5.3.6承载能力和构造连
17、接的鉴定评级,.,.,5.4 砌体结构非破损检测,砌体结构病害的典型表现为墙体裂缝。,温度裂缝,基础不均匀沉降导致墙体出现裂缝,因墙体承载力不足出现裂缝,砌体结构非破损检测的主要内容是砂浆、块体和砌体强度现场调查的内容还包括砌体的组砌方式、灰缝厚度和砂浆饱满度、截面尺寸、主要承重构件的垂直度以及裂缝分布特征,.,照片4 墙体砂浆强度测试情况,.,.,5.4.1 原位轴压法,在墙体的原位轴压法检测中，直接对局部墙体施加轴向压力荷载，并使这部分局部墙体的受力达到极限状态，通过实测的破坏荷载和变形，得到墙体的抗压强度,为避免对墙体造成太大的损伤，在同一墙体上，测点不宜大于1个，测试的部位对于墙体受力
18、性能应具有代表性。可选相邻墙体的测点为同一测区测点，也可以在同一楼层选择同一测区测点。测点数不宜太多。,.,同一测区测点的测试结果平均值作为该测区所代表的墙体的抗压强度平均值。继而可得设计值,5.4.2 扁顶法,扁顶法可用来推定普通砌体的受压工作应力、弹性模量和抗压强度。,根据实测的砌体应力应变关系推定砌体弹性模量时，应将试验结果乘以0.85,.,5.4.3 原位单剪法,原位单剪法所得试验结果为砌体沿通缝抗剪强度，将同一测区各测点所得结果取平均值，得到砌体沿通缝抗剪强度的平均值,.,5.4.4 原位单砖双剪法,原位单剪法造成较大区域的墙体破损。对于已建的并投入使用的房屋建筑，原位单剪法往往难以
19、实施。原位单砖双剪法造成的墙体损害较小。,.,5.4.5 推出法,推出法是将240mm厚的砖墙中的丁砖推出，通过测定单块丁砖推出力与砂浆饱满度来推断砌体砂浆的抗压强度,一般取单片墙为一个测区，每个测区的点数不少于5个。,试件加工步骤示意图,.,5.4.6 测定砌体砂浆抗压强度的其它方法,砂浆的抗压强度一般低于混凝土的抗压强度，砂浆回弹仪的冲击能远小于混凝土回弹仪的冲击动能,检测时，可以取面积不大于25m2的砌体构件为一个构件,按单个构件检测。也可以按批抽样检测，取250m2面的砌体结构或同一楼层品种相同、强度等级相同的砂浆分为同一检测单元，每个检测单元应选不少于6面有代表性的墙，每面墙上应不少
20、于5个测区，测区大小约为0.3m2。测区灰缝砂浆应清洁、干燥。检测前，清除勾缝砂浆和浮浆，并将砂浆打磨平整。每个测区弹击12个测点，每个测点连续弹击3次，前2次不读数，仅读取最后一次回弹值。在测区的12个回弹值中剔除一个最大值和一个最小值，计算余下10个值的平均值。,回弹法,.,贯入法,贯入仪采用压缩弹簧加荷，将一测钉贯入砂浆。根据测钉的贯入深度以及贯入深度与砂浆抗压强度的关系来换算砂浆抗压强度,按批抽样检测时，在不大于250m2面积的砌体中，至少选取6个构件。每个构件上测试16个点，每条灰缝测点不宜多于2个，相邻测点的距离不宜小于240mm。检测时应避开竖向灰缝，水平灰缝的厚度不宜小于7mm
21、,其他方法,筒压法、砂浆片剪切法、点荷法和射钉法,.,5.5 结构现场荷载试验,结构现场荷载试验被认为是最直观地反映了结构整体性能的方法。是非破损的。能够说明结构在正常使用条件下的性能。,新建结构采用了新工艺、新材料或新的结构形式，通过静载试验验证结构性能，总结设计分析方法,对于新建结构，在建设过程中，由于质量事故或其他原因，对结构性能存在疑问时，也常常进行现场荷载试验,结构可靠性鉴定中对已建结构进行静载试验，为了得到整体性能的有关数据，间接获取结构的有关信息，验证结构或构件的正常使用性能是否满足设计规范要求,.,5.5.1 结构现场荷载试验的荷载,最大试验荷载一般为结构设计取用的荷载标准值,
22、考虑结构构件质量控制的要求，有时也将结构设计的荷载标准值乘以1.051.10的检验系数,试验荷载（可变荷载永久荷载结构自重）结构检验系数,楼面受荷及加荷布置图,.,对于新建结构或构件质量检验，结构检验系数可取为大于1.0的数值，对于已建结构或存在不同程度破损的结构，结构检验系数应小于1.0，但一般不小于0.7。如结构已存在较严重的破损，不宜进行结构现场荷载试验,多采用重物加载。当荷载较小时，可采用砖、砂包、袋装水泥等重物堆载。将重物分区堆放,堆载或用水加载的范围，即荷载传力路径，应与设计计算的传力路径一致,.,5.5.2 结构现场荷载试验的观测内容方法,百分表、手持式应变仪、水准管式倾角仪、刻
23、度放大镜、精密经纬仪或全站仪精密水平仪,混凝土的最大拉应变一般为100 的量级，扣除自重引起的拉应变后，静载试验中量测得到的拉应变可能只有4060 ,.,5.5.3 结构现场荷载试验的观测内容方法,现场调查与勘察,调查勘察可分为初步调查和详细调查,制订加载方案,加载方案的内容包括最大试验荷载值和加载区域的确定,荷载种类的选择，荷载的称量方式，加载过程，卸载过程以及试验中止条件,安全防护措施,.,中心区格跨中最大弯矩对应的最不利布置,支座最大负弯矩对应的最不利布置,.,照片1东立面,照片2南立面,.,6.6结构可靠性综合评定,子项评级,子项组评级,基本项评级,组合项目评级,单元综合鉴定评级,a,
24、b,c,d,a1 b1 c1 d1,A B C D,一,二,三, 四,多级综合评判,a2 b2 c2 d2,A B C D,.,子项评定分a、b、c、d,a级：满足国家现行规范要求；,b级：略低于国家现行规范要求，可不必采取措施,c级：不满足国家现行规范要求，应采取措施,d级：严重不满足国家现行规范要求，必须立即采取措施,结构安全性、使用性和可靠性鉴定均按构件、子单元、鉴定单元三个层次进行,子单元由构件。地基基础、上部承重结构和围护结构系统三个子单元,.,结构安全性、使用性和可靠性鉴定均按构件、子单元鉴定单元三个层次进行,在钢结构构件安全性鉴定中，包括承载能力、构造连接和不适合继续承载的变形三
25、个检查项目，对砌体结构和混凝土结构构件，还应增加裂缝检查项目。,根据设计规范的要求，确定构件承载能力评定的验算项目，取验算项目中最低的一级作为承载能力项目的评定等级,.,不适合继续承载的变形项目，按下列3条规定进行：,对桁架的挠度，当实测值大于其计算跨度的1/400，验算其承载力时，应考虑位移产生的附加应力的影响且承载能力项目的最高评定等级不应高于b0级。若评为b0级，还要求对构件的挠度进行一段时期的观测,对混凝土结构构件的连接和构造同样分为4个等级进行评定，主要依据设计规范中有关构造和连接的规定，在现场调查的基础上进行,对其他受弯构件的挠度或施工偏差造成的侧向弯曲，根据挠度的大小进行评级。,.,对柱的水平位移或倾斜，当实测值大于规定的限值时，分为两种情况进行评级。若柱的变形处在不稳定的发展过程中，该项目应评为d0级,不适于继续承载的裂缝项目应分别检查受力裂缝和非受力裂缝。钢筋严重锈蚀产生的裂缝以及因混凝土受压而产生的裂缝，均应将该项目应评为d0级,取其中最低的一级作为该构件的安全等级,.,
