建筑结构检测技术

建筑结构检测技术研究

摘要: 在建筑工程中，对建筑结构进行质量安全和性能的全方位检测是非常重要的环节，关系到整个工程的顺利验收和用户的生命财产安全。随着技术的进步与工艺的更新，建筑结构检测方法也越来越多，雷达检测技术就是其中最有应用前景的方法之一。本文先对建筑结构检测进行了简单阐述，对建筑结构检测的常用方法进行分析，提并出雷达检测在建筑结构检测中的应用原理及相关技术，最后将该检测技术应用到工程实际，效果良好。

关键词：建筑结构；雷达；检测；混凝土

1. 建筑结构检测

建筑结构包括混凝土结构、砌筑结构已经钢结构等。对检测结构进行检测就是通过对建筑实体结构现状的检测，分析检测数据和结论，及时发现工程质量问题，反馈有关部门进行处理。根据相关规定，建筑物在一定的时间内，正常设计、施工和维护等条件下，应该满足一定程度的安全性、适用性和耐久性等要求。当由于某些人为或客观条件使建筑物不能满足某项功能时，如设计不周或有误、施工质量低劣、建筑使用或改造不当等，就需要对建筑物结构进行检测，包括建筑物的整体结构、结构的某一部位以及个别组件等。对建筑物的结构进行全面或针对性的检测后，对结构性能进行正确评价，再进行加固和维修，保证结构的可靠性、建筑的持久性。对建筑结构进行检测，对于提高建筑工程的质量具有积极推进作

用，对于节省国家与企业资金、保障安全生产与人民生命财产安全都起到了重要作用。

2. 建筑结构检测常用方法

在建筑工程中，对于混凝土体中的钢筋分布于土体质量检测一般包括以下几种方法。

2.1 超声波检测法

超声波检测法是利用超声波的脉冲在混凝土中传播时，其声速、振幅与频率等声学参数发生的相对变化，对混凝土体内部和外部的缺陷情况进行分析与显示。另外，该方法对于混凝土构件的抗压强度检测方面也有应用，不仅能够直接反应土体抗压强度的规律，还能反映内部的重量。然而，超声波检测法存在一个很大的缺陷，即对检测目标实体的穿透深度小。因此该方法并没有得到广泛的应用。

2.2 放射线检测法

放射线检测法是利用x射线对建筑物检测实体进行投射摄影，通过获取检测目标的透视照片，分析其内部结构，找出结构损坏之处加以处理。该方法用于检测与射线束方向平行的厚度或密度上存在明显异常的建筑物结，能够直接在各构件上进行非破损检测，并且可以反映钢材或焊缝内部存在的缺陷。放射线检测法的缺点是检测所需的设备较为笨重，不易于操作，且由于拍照需要打孔放置底片，因此工作过程对建筑物有一定程度的破坏，另外建筑物各实体

对x射线具有一定的吸收作用，因此导致其穿透深度很小。

2.3 雷达检测方法

建筑结构雷达检测方法是近年迅速发展起来的一种无损检测技术，具有快速、无损、检测连续、结果直观等优点。该方法是通过检测目标实体的电磁特性，利用发射天线以短脉冲宽频带的形式将高频电磁波送人目标内部，经建筑结构各检测部位反射的回波信号由接收天线进行接收。根据接收到的信号，利用反射回波的双程走时、相位、幅度等参数，对建筑物结构内部裂纹、空洞位置和特征以及钢筋、管道等的分布情况进行描述，为建筑结构质量检测及建筑物安全检查提供了一种有效便捷的技术手段。

由于建筑物材料的电磁特性会发生变化，且其变化比厚度、密度等物理性质对检测实体的缺陷更敏感，因此在建筑结构检测中，雷达检测技术比超声波检测和射线检测方法都更适用，优越。雷达检测方法的优势主要包括以下几个方面：

（1）采用耦合天线的宽带频率响应，可以通过减小波长而实现频率宽度的增加，对检测结构进行高分辨率的探测。

（2）雷达发射波对建筑材料的穿透能力很强，能够探测几厘米到几十米之间的建筑结构，探测深度大。

（3）雷达检测的测量精度高，特别是采用高频率的天线时探测精度可达数厘米之高。

（4）不存在因耦合剂带来的材料污染问题，与超声波、射线

等方法相比，对人体无辐射危害。

（5）雷达波具有极化特性，能够通过该特性确定建筑结构缺陷的形状及走向。

3. 雷达探测原理

雷达的主要组成部分包括主机、天线和数据采集系统等。根据电磁波在有耗介质中具有的传播特性，通过发射天线向建筑结构发射高频脉冲电磁波，并在某一方向上集中形成波束向前传播。当电磁波遇到钢筋、孔洞等时，会使部分雷达波反射回去，接收机将该反射波接受后形成回波信号，并传输给计算机和专用的雷达软件处理，形成雷达图像。根据所得到的雷达图像，便可以确定结构体分界面、空间位置和结构特性等，实现对建筑结构各部位的可视化描述。其工作原理示意图如图1所示。

图1 雷达工作原理示意图

根据电磁波的传递速度v及其发射后到反射波返回这一过程的时间差t，可以计算检测结构体的反射界面距离结构表面的深度d=v ×t/2。

由于结构体缺陷边界两侧的介电常数存在差异，引起反射波相位和幅度均发生变化，从而可以不通过损坏建筑体结构而对其内部的缺陷损伤位置、范围和走向进行精确定位。并且可以通过电磁发射波和反射波的时间差检测出建筑物结构体内部的钢筋分布及缺陷深度，进行可靠有效的工程质量评价。因此下面主要以雷达检测

技术为例进行讨论。

4．雷达检测技术在工程中的应用

4.1 现场雷达检测

采用瑞典mala公司的高端多通道通用型探底雷达对岭澳核电站安全壳的筒壁进行水平检测。检测前，对测区环境进行调查与清理，尽量减少各种金属物体和与雷达波频率相近的电磁波对雷达的干扰。使用皮尺对系统各部分进行定位，保证主机、电脑和接受天线的距离不小于5米。检测过程中，在保证对建筑结构探测深度的前提下，尽可能的提高雷达的天线主频率。采用的参数为采样频率34586mhz、采样间隔0.2米、天线间隔0.2米。采取网格式扫描方法对筒壁表面进行扫描，检测结构同步显示并储存在计算机中。

4.2 雷达图像处理

利用雷达对结构进行扫描后形成图像如图2。

图2 雷达检测钢筋分布截面图

在上图中，黑色代表混凝土，白色代表钢筋。通过雷达图像，可以很轻松的缺点钢筋分布位置以及混凝土保护层的厚度。并且，图像还显示，结构中空洞的图像呈现开口向下的弧状特征。

对结构的孔洞裂隙等损伤进行雷达成像，如图3、4所示。

图3 样品孔洞裂隙雷达灰度图像

从上图可以看出，雷达对筒壁结构的孔洞、不密实等缺陷部位探测效果较好能很清晰看到孔洞裂隙的位置。