结构检测常用方法

结构检测常用方法

重大土木工程结构的可靠性对社会、经济以及人民生命财产的安全都有重要的影响，正确评定结构的实际性态，是确定可靠性的前提，而这些就需要用到建筑结构检测技术。

结构检测方法总体上可以分为两类、即静态检测方法和动态检测方法。本文试对其现状和发展趋势进行评析和展望。

静态检测方法静态检测方法是传统的检测方法，这一方法的数据较准确，但对于大型结构，体量大，构件多，而且有的部位无法检测，从而受到限制。

回弹法是用回弹仪弹击混凝土表面，由仪器重锤回弹能量的变化，反映混凝土的弹性和塑性性质，测量混凝土的表面硬度来推算抗压强度。回弹法的优点是仪器简单，检测效率高，费用低，但也有一定不足，回弹值受到碳化深度、测试角度的影响，要对回弹值进行不同的修正，而且耗费大量人力和时间。

雷达法是以宽频带短脉冲形式，将高频电磁波由地面通过发射天线定向送入地下，经过存在电性差异的混凝土反射返回地面，被接收天线接收。当发射与接收天线以固定的间距沿测线同步移动时，就可得到反映测线处地下混凝土质量缺陷分布情况的雷达图像。当混凝土均一性差时，如存在蜂窝、架空现象等，这部分区域与周围混凝土之间的电性差异增大，反射波增强；当其完整致密时，性质相对均一，反射波很弱。这样就能检测出混凝土的质量了。

冲击回波法是基于瞬态应力波应用于无损检测的一种技术，当应力波在混凝土中传播遇到缺陷与底面时，将产生往复反射并引起混凝土两面微小的位移响应。接收这种响应并进行频谱分析可获得频谱图。频谱图上突出的峰就是应力波混凝土表面与底面及缺陷间来回反射所形成。根据频率峰值可判断有无缺陷及其深度。冲击—回波法是一种新的无损检测方法，可用来测量结构混凝土厚度。特别适合于单面结构。但由于混凝土结构的复杂性、多样性，使得厚度的检测错综复杂。

垂直反射法是利用大功率高频声波向混凝土中发射脉冲信号，然后用加速度（或速度）检波器接收信号，发射与接收之间偏移距几乎为零的一种检测方法。利用垂直反射的波形特征，经多种信号技术处理后，可判断有无缺陷及其深度。

瑞利面波法是利用纵波和横波相互干涉、叠加产生的沿介质表面传播的次生波而形成的曲线形态可以确定介质中的异常体。在均匀连续介质中传播的瑞利面波曲线应当为光滑连续形态。而介质中若存在不连续间断面或非均匀异常体，曲线就会中断，出现“之”字形。

红外热像法红外检测技术是新发展的鉴定建筑物外墙粘结质量有效的无损

检测方法，利用红外辐射对物体或材料表层进行检测和测量。外墙存在脱落、空鼓等粘结缺陷部位，在红热像图上表现为“热斑”，其检测结果直观、可靠，分析外墙的红外热像特征图谱，并对其进行理论计算，即可确定外墙的粘结质量。具有非接触、远距离、实时、快速、全场测量等优点，但仪器费用高。

光测法随着与数字图像处理技术的结合，光测法在结构测试中的应用越来越广泛。主要特点是测试精度高，全场测量，但对现场测试条件要求比较高。包括全息干涉法、散斑法、云纹法等。全息干涉法是通过两个或两个以上波的干涉度量比较（这些波中至少有一个是全息再现波），形成干涉条纹图，通过对干涉条纹图的判读测得物理量。散斑法是利用相干性很好的光照射物体粗糙表面时，在

表面前方空间形成随机分布的明暗点（散斑），并随物体表面的变形而运动，记录物体变形前后两个错动的散斑图，比较变形前后散斑图的变化，可以高精度的检测物体表面各点位移或应变。云纹检测技术是利用试件栅和参考栅的相对变化形成光学云纹图来检测物体的表面位移或应变，它在工程结构中的形变分析中已经得到了广泛应用。随着它与数字图像处理技术的结合，在检测速度和分析精度上都得到了较大的提高。

激光检测方法也是一种新型的检测方法，激光检测系统具有多项的优势。首先，它可以在单一位置上，对多个检测点实施检测。其二，激光系统无具体的目标要求，传统方法进入难以到达的环节方可完成任务的要求，也就成为历史；最后激光检测系统易于安装，并能迅速得出检测结果。采用激光仪器检测的精度非常高，易于操作，且通过和计算机的结合，更容易和准确地得到结果。

光纤检测技术是20世纪年代末发展起来的一门新技术，它是利用外界因素使光在光纤中传播时光强、相位、偏振态以及波长或频率等特征参量发生变化，从而对外界因素进行检测和信号传输。这种新技术被应用于航空、航天等领域，利用埋入复合材料中的光纤传感器检测结构内部的应变和探测结构的损坏情况，已充分显示了这是一种有效的无损检测新技术。与当前检测中所采用的传统应变片检测技术相比，这种新技术有明显的优越性并显示出很大的发展潜力。

磁检测法漏磁场检测技术是近年来发展较快的一门磁检测技术，它采用磁敏元件和电子仪器对构件缺陷形成的漏磁场进行检测和分析，如裂纹深度和宽度的分析，检测对象的磁化水平至少要达到饱和状态，检测装置可以对检测对象进行大面积扫描，检测效率较高。

金属磁记忆检测方法，同传统的无损检测方法相比较，金属磁检测方法的主要优点是：传统检测方法只能用于探检已产生的缺陷，而金属磁方法则可预报可能产生缺陷的危险区域，即最大应力和变形集中区域，从而及时采取措施防止破坏和事故的发生；由于可利用检测对象的自磁化现象，因而不需要人工磁化装置；可在保持金属原始状态下进行检测，所以无须对检测对象进行专门清理，也无须采用耦合技术（如采用超声检测时）。因此，这一方法更加适用于生产现场、野外条件和普查作业；检测灵敏度高于其他磁学检测方法；仪表体积小、重量轻，有独立电源和记录装置，便于携带，使用方便，检测效率高。

超声脉冲法，工程混凝土结构物常因各种原因产生裂缝。裂缝的存在危害结构的安全和耐久性。通常用肉眼外观检查即可发现裂缝的位置，裂缝的深度可采用超声法进行探测。根据声学原理可知，声波在传播过程中如遇到不同介质的界面将产生反射和透射。由于裂缝对声波的反射，当结构混凝土中存在缺陷和损伤时，超声脉冲通过缺陷时会产生绕射，传播的声速要比同种材质的无缺陷混凝土的传播声速要小，声时偏长；缺陷界面上产生反射，因而能量显著衰减，波幅和频率显著降低，接受波形的信号平缓，甚至发生畸变。通过与结构正常部位接收信号幅度的比较可以发现裂缝的存在。超声法的应用在对结构水下部分裂缝的检测尤为突出。

动态检测方法是振动反演理论在工程上的应用，在脉动、起振器共振等激励方式下，通过测量结构的频率和振型等参数，根据系统识别理论得到层间刚度。结构动力检测的基本问题是依据结构的动力响应识别结构的当前状态，分为结构模态参数识别（自振频率和振型）和结构物理参数识别刚度。

动态检测方法又可分为正弦稳态激振、环境激振检测方法和局部激振检测方法。

正弦稳态激振是利用某种装置对结构施加稳定简谐振动的激励方式。正弦稳态激振的优点是激振能量集中，信噪比高，从而测试精度高。但试验需要专门的激振设备，费用高，且试验时有可能会影响建筑物的正常使用。

环境激振检测方法建筑物周围大地环境的微小振动（称为地脉动）和空气环境的流动（即风）可引起工程结构的振动，可把引起结构物振动的地脉动和风作为环境激振。根据激振的方式又可分为自然地脉动、人工地脉动、地震动、脉动风。环境随即激振的优点是：试验简便，无需激振设备，不受结构形状、大小的限制，试验费用低。但记录信噪比低。试验时间长。

对于高层建筑振动试验，自然地脉动和脉动风比较合适，因地震发生的偶然性大，采用地震动作为激励源不适宜。

局部激振检测工程结构的局部损伤往往对结构的整体性能影响很小，加上结构动力响应量测的影响，使得以结构整体为对象的结构损伤动力检测非常困难，有时甚至得不到准确结果。结构的局部振动比结构的整体振动更准确地反映了结构局部特性，因此利用结构的局部振动反应，有助于准确地识别结构的局部特性。利用整体层次上的检测，先大致判定结构损伤的位置，再对其激振，量测结构的局部振动反应。

环境激振检测方法可较好的把握结构的整体性能，实施方便。局部激振检测方法可准确的把握结构局部构件的物理参数。结构动力检测方法可不受结构规模和隐蔽的限制，只要在可达到的结构位置安装动力响应传感器即可。随着检测仪器技术的改进，结果精度越来越高。目前高效模块化、数字化的结构动力响应量测技术已为结构动力检测方法提供了坚实有效的技术支持。尽管结构动力检测方法应用的条件限制少，效率高，但由于受到结构动力量测信号质量和数量的限制，结构动力检测结果的可靠性有时无法保障。