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【摘 要】虽然人们不断地在改进技术,避免结构缺陷的发生,但是由于施工技术和建筑材料尤其是混凝土材料的随机性,人工性,各种缺陷不可避免的,例如钢混结构的裂缝,钢结构的老化,锈蚀,并且结构的故障大部分是位于结构内部,单靠人眼并不能达到一个很直观的印象,这就要依靠各种先进技术和方法来对结构进行探伤。介绍了几种混凝土结构损伤检测与加固的方法。
【关键词】结构损伤;检测方法;加固
1. 结构健康检测
1.1 结构健康检测定义。
1.1.1 监测最早起源于航天器、飞行器、机械工程,结构局部的检查称为检测,结构整体的检查称为监测。检测一般使用无损检测技术(NDE),包括:目测、混凝土强度试验检测、超声波探测、声发射法、冲击回音法、红外线法、热相仪成像法、透地雷达法以及其他方法,如磁泄漏、磁粒子等等。监测是利用结构现场测试信息,识别结构的整体性和损伤。一般在不影响交通的情况下全局性测试。分为四个层次:损伤是否发生、损伤位置、损伤程度、损伤影响。
1.1.2 结构健康监测(Structural health monitoring,SHM)是指利用现场的无损传感技术,分析通过包括结构响应在内的结构系统特性,达到检测结构损伤或退化的一些变化。结构健康监测是一种实时的在线监测技术,国外己在土木工程(大跨桥梁、高层复杂建筑、海洋平台等)、机械以及航空航天工程等领域有较多的应用。
1.1.3 结构健康监测系统主要包括四部分:(1)传感器系统;(2)数据采集、处理与传输系统;(3)损伤识别、模型修正、安全评定与安全预警系统;(4)数据管理系统。
1.2 结构健康检测的方法结构发生损坏后,其物理性能就会发生改变,所有的检测方法正是基于这样一个事实。现实的检测方法总的能分为两大类:基于结构响应的损伤识别方法和神经网络方法。
1.2.1 基于结构响应的损伤识别方法又可具体分为如下几个方面:
1.2.1.1 基于频率观测的损伤识别。结构的固有频率是表示结构固有特性的整体量,当结构的局部出现损伤时,结构的固有频率将发生变化,随着刚度的降低,结构的固有频率将会增大。正是由于这一特性加上结构固有频率易于测量和测量误差小,所以,很多研究者将结构的固有频率作为结构损伤识别的损伤标示量。但是,利用频率作为损伤诊断的标示量也存在一定的局限性:
(1)对损伤位置的不敏感性。不同形式的结构损伤可能引起相同的频率改变,在对称结构中,两个对称位置上结构相同程度的损伤将引起结构固有频率相同的改变。
(2)结构不同位置损伤对结构各阶固有频率的影响是不相同的,有的位置的损伤对低阶频率影响较敏感,对高阶频率则不敏感,有的位置损伤则对高阶频率影响敏感,对低阶不敏感。而在实践中容易测得的结构固有频率是前几阶低阶频率,高阶频率则不易测出。因此,用频率作为结构损伤标示量对结构某些位置的损伤不易探测到。
1.2.1.2 基于结构固有阵型变化的结构损伤识别方法。相对结构固有频率而言,结构的固有振型包含了更多的损伤信息,特别是对结构损伤进行定位,利用结构固有振型要更加准确。因此,国内外众多研究者运用结构固有振型作为损伤标示量对结构的损伤问题进行了研究。大量试验表明,基于结构固有振型变化的损伤识别方法可以得出以下基本结论:结构振型对结构的局部变化较为敏感,可以用来确定结构模型误差和损伤的可能位置。然而其缺点是模态振型的测量由于系统噪声和观测噪声的影响存在较大的测量误差,使得特征振型的变化常常被测量误差所掩盖,给基于振型的结构损伤识别方法在实际应用中造成很大的困难;另外,由于现场条件的限制,实际的观测振型数据是不完整的,而基于自由度不完整振型数据的结构识别方法研究得还很不充分。
1.2.1.3 基于结构柔度变化的结构损伤识别方法。结构一旦发生损伤则意味着结构刚度的降低,即结构的柔度将增大。正是基于柔度的这一特性,中外较多研究者以结构的柔度作为结构的损伤标示量对结构的损伤问题进行了研究。通常,通过对比结构损伤前后柔度阵的变化或对比实测柔度阵与FEM(有限元法)分析柔度阵的差异,可以探测结构的损伤或确定结构模型误差,由于观测柔度阵正比于观测频率的逆矩阵,因此观测柔度阵对结构低阶模态的变化更加敏感,适用于使用低阶模态数据进行结构识别。基于柔度阵的结构识别研究表明,结构柔度矩阵在低阶模态条件下包含了有关结构特性的丰富信息,为低阶模态条件下的结构识别提供了一种新的有效途径。但是,对数据不完整、不精确条件下结构识别柔度法的研究目前进行得仍然比较少。为了充分利用柔度矩阵的低阶模态敏感特性,仍需进一步深入开展基于柔度矩阵的结构识别研究。
1.2.1.4 基于模态应变能量变化的结构损伤识别方法。该方法首先定义了每个单元的模态应变能及其计算方法,然后利用结构损伤前后每个单元模态应变能的改变来检测结构损伤的位置和大小。
(1)利用模态应变能方法进行结构的损伤检测时,主要步骤如下:A.对未损伤结构进行有限元建模与分析,得到结构的频率、模态振型以及各单元的刚度矩阵;B.由振动试验和模态分析,获取损伤结构的频率和振型。测量振型不完整时,用振型扩充法扩充;C.由单元模态应变能变化比方法确定结构可能的损伤单元;D.求得损伤单元的损伤系数,得到结构损伤的大小。
(2)试验证明模态应变能方法具有以下优缺点:A.基于单元模态应变能变化的结构损伤检测方法简便有效,便于实际应用。B.振型的不完整性和测试振型的随即噪声都对结构损伤定位和损伤大小的确定有较大影响,采用多阶模态叠加的方法,能较好地改善结构损伤检测的结果。C.在实际应用中,结构刚度的破损多种多样,如何模拟刚度的各种破损情况将直接影响损伤大小的确定,为此有待进一步的研究。
1.2.2 神经网络方法。神经网络是由大量神经元广泛互连而成的。在神经网络中,信息处理是通过神经元之间的相互作用来实现的,只是信息的存储表现为网络元件互连问分布式的物理联系。学习与识别取决于神经元与连接权系的动态演化过程,因为神经网络具有较强的容错性,较强的非线性性能,因而在控制、优化、识别等领域被广泛应用。神经网络法不仅适用于线性系统,尤其适用于非线性系统,它比模态修正法及信号处理法的适应性更强,其另一个优点是处理环境振动的能力很强,省略了激振设备,更容易应用于工程实际中。总的来说,人工神经网络技术用于结构损伤检测中其检测的准确性,对多位置损伤的同时检测以及神经网络结构的确定等方面的研究还处于初级阶段,这些因素限制了神经网络的实际应用,因此如何确定一个神经网络使其对结构损伤进行精确的检测是有待研究的课题。 2. 结构损伤探测的实施技术
2.1 常规方法。
(1)回弹法:为适应商品混凝土、高强混凝土技术的发展,研制出了冲击能量较高的高强混凝土回弹仪,使回弹法能检测高于C60的混凝土。
(2)超声回弹综合法:中国工程建设标准化协会于2005年颁布的最新修订的《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02:2005),不仅将检测的强度范围扩大到10.0MPa~70.0MPa,而且还引入了超声角测、平测等方法,提高了超声回弹综合法检测的适应范围。
(3)钻芯法:2004年颁布实施的《钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法》GB/T 19496-2004,对钻芯法应用于预应力高强混凝土管桩等采用离心工艺成型的混凝土强度检测领域作了规范。
(4)超声法:为适应钢管混凝土等钢-混凝土组合构件的推广应用,2000年颁布实施的《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS 21:2000)收入了超声法检测钢管混凝土缺陷等内容。
2.2 最新发展的无损检测技术。
(1)冲击回波检测技术:冲击回波法是基于应力波的一种检测结构厚度、缺陷的无损检测方法,诞生于20世纪80年代。该方法适用于检测混凝土、砌体结构中的孔洞、蜂窝、裂缝、剥离以及其它缺陷,而且能快速确定结构构件的厚度以及缺陷的深度,其特点是只需一个测试面。同时,在传统的单点式冲击回波仪的基础上,目前已出现了扫描式冲击回波法,将固定的单个传感器变为滚动式传感器,采用螺线管冲击器进行连续冲击,极大地提高了检测效率,并已成功地用于大型预制板预应力管道灌浆效果的测试。
(2)雷达法检测技术:雷达法在地质探测、路面检测、结构检测等方面获得了广泛的应用,钢筋检测只是其应用的一个方面,还可用于混凝土施工质量的检测,其特点是只需一个测试面。
(3)红外热像法:红外热像法是根据物体向外进行热辐射的原理,通过采集物体热辐射信号来检测其表面温度分布并以图像方式表现的一种检测技术,其特点是无接触、遥感、可大面积测试,对多层材料的脱粘较为敏感,适用于检测建筑外墙饰面层的剥离、结构渗漏部位的检测、建筑外墙保温隔热效果的检测、加固材料粘贴质量的检测等方面,具有结果直观、检测快速等优点。
(4)声发射:声发射是材料内部在发生形变或断裂而自发产生的应力波。它是一种常见的物理现象。材料声发射的特征和强弱程度,携带着材料组织结构变化的动态信息。它是材料性能的研究、监测和预报构件运转过程的形变、疲劳、失稳等危险信息动态检测的有效手段。目前国外主要用于桥梁运行状况的监控、大型起重设备的应力状态测试等。
(5)超声成像测试技术:美国Olson公司将断层成像技术应用于超声波检测,采用改进的超声探头在被测部位表面移动,经过数据采集、处理,形成被测部位断面图像,结果直观。国内不少专家学者也开展了超声断层成像理论及技术的研究。
(6)随着科技的发展,各种更加先进的检测技术不断涌现,而且,建筑材料的千差万别,使得各种技术也有它自己的适用范围,在这里只是简单的列举了几个比较基本的技术,当我们在进行检测时,应该根据经济条件,环境条件等合理进行选择。
3. 混凝土结构损伤确定后的加固
混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。
3.1 直接加同方法。
3.1.1 锚固法。该法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固;不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。该法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验; 适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。
3.1.2 粘贴钢板加固法。该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用,处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件。
3.1.3 粘贴纤维增强塑料加固法。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐蚀,耐潮湿,几乎不增加结构自重,耐用,维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性能的混凝土结构构件和一般构筑物。
3.2 间接加固的一般方法。
3.2.1 增加支承加固法。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间;适用于具体条件许可的混凝土结构加固。
3.2.2 预应力加固法。
(1)该法能降低被加固构件的应力水平,不仅使加固效果好,而且还能较大幅度地提高结构整体承载力,但加固后对原结构外观有一定影响,适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固,但在无防护的情况下,不能用于温度在60°以上环境中,也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
(2)各种技术中,碳纤维技术有着较多的优点,总结开来就有:耐腐蚀,质量轻,抗震能力强,耐久性好,寿命长,操作安装容易并且速度快。以前我国所使用的碳纤维全靠国外进口,价格昂贵,这就限制了这种材料的大范围使用,现时,我国已经可以自主生产碳纤维了,相信在以后,碳纤维一定会发挥越来越重要的作用。
4. 小结
(1)前面介绍的方法都是应用在破坏出现之后,是一种由结果导出原因的方式,具有一定的滞后性,这就提出了一个问题:能不能把这种检测变为主动的,自内而外的,持久时段的结构在线监测。
(2)人们逐渐发展起了智能检测技术,这种技术是把监测系统事先安装在了结构之中,从而能随时掌握结构的最新状态,以便采取应对措施。但是由于技术的实施耗费巨大,多应用在桥梁上面,并没有在与我们切实相关的建筑物得到很广泛的推广。
(3)近年来,由于新材料技术,信息技术及计算机技术的快速发展及其与其他传统行业的逐步结合,高技术正迅速渗透到包括土木工程在内的各行各业之中,具有仿人智能功能和生命特征的土木工程结构正在一步一步变为现实。
参考文献
[1] Doebling S W.A summary review of vibration based damage identification methods[J].The Shock and Vibration Digest,1998,3:92~105.
[2] 崔飞,袁万城,史家钧.基于静态应变及位移测量的结构损伤识别法[J].同济大学学报,2000,28(1):5~8.
[3] 张丽卿,韩兵康,李春祥.基于振动的土木工程结构损伤诊断研究进展[J].自然灾害学报,2004,13(5).
[4] 梁伟,王宗贤,顾琦.浅谈土木工程损伤检测技术[J].科技信息.
[5] 陈长征,罗跃纲,白秉三,唐忠.结构损伤检测与智能诊断[M].北京:科学技术出版社,2001.
[6] 施斌,徐洪钟,张丹,丁勇,崔何亮,陈斌,高俊启.BOTDR应变监测技术应用在大型基础工程健康诊断中的可行性研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(3):493~499.
[7] 邓 焱,严普强.桥梁结构损伤的振动模态检测[J].振动、测试与诊断,1999,19(3):157.163.
[8] 李功宇,郑华文.损伤结构的曲率模态分析[J].振动、测试与诊断,2002,22(2):136.141.
[9] 史治字,罗绍湘,张令弥.结构破损定位的单元模态应变能变化率法[J].振动工程学报,1998,11(3):356.360.
【关键词】结构损伤;检测方法;加固
1. 结构健康检测
1.1 结构健康检测定义。
1.1.1 监测最早起源于航天器、飞行器、机械工程,结构局部的检查称为检测,结构整体的检查称为监测。检测一般使用无损检测技术(NDE),包括:目测、混凝土强度试验检测、超声波探测、声发射法、冲击回音法、红外线法、热相仪成像法、透地雷达法以及其他方法,如磁泄漏、磁粒子等等。监测是利用结构现场测试信息,识别结构的整体性和损伤。一般在不影响交通的情况下全局性测试。分为四个层次:损伤是否发生、损伤位置、损伤程度、损伤影响。
1.1.2 结构健康监测(Structural health monitoring,SHM)是指利用现场的无损传感技术,分析通过包括结构响应在内的结构系统特性,达到检测结构损伤或退化的一些变化。结构健康监测是一种实时的在线监测技术,国外己在土木工程(大跨桥梁、高层复杂建筑、海洋平台等)、机械以及航空航天工程等领域有较多的应用。
1.1.3 结构健康监测系统主要包括四部分:(1)传感器系统;(2)数据采集、处理与传输系统;(3)损伤识别、模型修正、安全评定与安全预警系统;(4)数据管理系统。
1.2 结构健康检测的方法结构发生损坏后,其物理性能就会发生改变,所有的检测方法正是基于这样一个事实。现实的检测方法总的能分为两大类:基于结构响应的损伤识别方法和神经网络方法。
1.2.1 基于结构响应的损伤识别方法又可具体分为如下几个方面:
1.2.1.1 基于频率观测的损伤识别。结构的固有频率是表示结构固有特性的整体量,当结构的局部出现损伤时,结构的固有频率将发生变化,随着刚度的降低,结构的固有频率将会增大。正是由于这一特性加上结构固有频率易于测量和测量误差小,所以,很多研究者将结构的固有频率作为结构损伤识别的损伤标示量。但是,利用频率作为损伤诊断的标示量也存在一定的局限性:
(1)对损伤位置的不敏感性。不同形式的结构损伤可能引起相同的频率改变,在对称结构中,两个对称位置上结构相同程度的损伤将引起结构固有频率相同的改变。
(2)结构不同位置损伤对结构各阶固有频率的影响是不相同的,有的位置的损伤对低阶频率影响较敏感,对高阶频率则不敏感,有的位置损伤则对高阶频率影响敏感,对低阶不敏感。而在实践中容易测得的结构固有频率是前几阶低阶频率,高阶频率则不易测出。因此,用频率作为结构损伤标示量对结构某些位置的损伤不易探测到。
1.2.1.2 基于结构固有阵型变化的结构损伤识别方法。相对结构固有频率而言,结构的固有振型包含了更多的损伤信息,特别是对结构损伤进行定位,利用结构固有振型要更加准确。因此,国内外众多研究者运用结构固有振型作为损伤标示量对结构的损伤问题进行了研究。大量试验表明,基于结构固有振型变化的损伤识别方法可以得出以下基本结论:结构振型对结构的局部变化较为敏感,可以用来确定结构模型误差和损伤的可能位置。然而其缺点是模态振型的测量由于系统噪声和观测噪声的影响存在较大的测量误差,使得特征振型的变化常常被测量误差所掩盖,给基于振型的结构损伤识别方法在实际应用中造成很大的困难;另外,由于现场条件的限制,实际的观测振型数据是不完整的,而基于自由度不完整振型数据的结构识别方法研究得还很不充分。
1.2.1.3 基于结构柔度变化的结构损伤识别方法。结构一旦发生损伤则意味着结构刚度的降低,即结构的柔度将增大。正是基于柔度的这一特性,中外较多研究者以结构的柔度作为结构的损伤标示量对结构的损伤问题进行了研究。通常,通过对比结构损伤前后柔度阵的变化或对比实测柔度阵与FEM(有限元法)分析柔度阵的差异,可以探测结构的损伤或确定结构模型误差,由于观测柔度阵正比于观测频率的逆矩阵,因此观测柔度阵对结构低阶模态的变化更加敏感,适用于使用低阶模态数据进行结构识别。基于柔度阵的结构识别研究表明,结构柔度矩阵在低阶模态条件下包含了有关结构特性的丰富信息,为低阶模态条件下的结构识别提供了一种新的有效途径。但是,对数据不完整、不精确条件下结构识别柔度法的研究目前进行得仍然比较少。为了充分利用柔度矩阵的低阶模态敏感特性,仍需进一步深入开展基于柔度矩阵的结构识别研究。
1.2.1.4 基于模态应变能量变化的结构损伤识别方法。该方法首先定义了每个单元的模态应变能及其计算方法,然后利用结构损伤前后每个单元模态应变能的改变来检测结构损伤的位置和大小。
(1)利用模态应变能方法进行结构的损伤检测时,主要步骤如下:A.对未损伤结构进行有限元建模与分析,得到结构的频率、模态振型以及各单元的刚度矩阵;B.由振动试验和模态分析,获取损伤结构的频率和振型。测量振型不完整时,用振型扩充法扩充;C.由单元模态应变能变化比方法确定结构可能的损伤单元;D.求得损伤单元的损伤系数,得到结构损伤的大小。
(2)试验证明模态应变能方法具有以下优缺点:A.基于单元模态应变能变化的结构损伤检测方法简便有效,便于实际应用。B.振型的不完整性和测试振型的随即噪声都对结构损伤定位和损伤大小的确定有较大影响,采用多阶模态叠加的方法,能较好地改善结构损伤检测的结果。C.在实际应用中,结构刚度的破损多种多样,如何模拟刚度的各种破损情况将直接影响损伤大小的确定,为此有待进一步的研究。
1.2.2 神经网络方法。神经网络是由大量神经元广泛互连而成的。在神经网络中,信息处理是通过神经元之间的相互作用来实现的,只是信息的存储表现为网络元件互连问分布式的物理联系。学习与识别取决于神经元与连接权系的动态演化过程,因为神经网络具有较强的容错性,较强的非线性性能,因而在控制、优化、识别等领域被广泛应用。神经网络法不仅适用于线性系统,尤其适用于非线性系统,它比模态修正法及信号处理法的适应性更强,其另一个优点是处理环境振动的能力很强,省略了激振设备,更容易应用于工程实际中。总的来说,人工神经网络技术用于结构损伤检测中其检测的准确性,对多位置损伤的同时检测以及神经网络结构的确定等方面的研究还处于初级阶段,这些因素限制了神经网络的实际应用,因此如何确定一个神经网络使其对结构损伤进行精确的检测是有待研究的课题。 2. 结构损伤探测的实施技术
2.1 常规方法。
(1)回弹法:为适应商品混凝土、高强混凝土技术的发展,研制出了冲击能量较高的高强混凝土回弹仪,使回弹法能检测高于C60的混凝土。
(2)超声回弹综合法:中国工程建设标准化协会于2005年颁布的最新修订的《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02:2005),不仅将检测的强度范围扩大到10.0MPa~70.0MPa,而且还引入了超声角测、平测等方法,提高了超声回弹综合法检测的适应范围。
(3)钻芯法:2004年颁布实施的《钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法》GB/T 19496-2004,对钻芯法应用于预应力高强混凝土管桩等采用离心工艺成型的混凝土强度检测领域作了规范。
(4)超声法:为适应钢管混凝土等钢-混凝土组合构件的推广应用,2000年颁布实施的《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS 21:2000)收入了超声法检测钢管混凝土缺陷等内容。
2.2 最新发展的无损检测技术。
(1)冲击回波检测技术:冲击回波法是基于应力波的一种检测结构厚度、缺陷的无损检测方法,诞生于20世纪80年代。该方法适用于检测混凝土、砌体结构中的孔洞、蜂窝、裂缝、剥离以及其它缺陷,而且能快速确定结构构件的厚度以及缺陷的深度,其特点是只需一个测试面。同时,在传统的单点式冲击回波仪的基础上,目前已出现了扫描式冲击回波法,将固定的单个传感器变为滚动式传感器,采用螺线管冲击器进行连续冲击,极大地提高了检测效率,并已成功地用于大型预制板预应力管道灌浆效果的测试。
(2)雷达法检测技术:雷达法在地质探测、路面检测、结构检测等方面获得了广泛的应用,钢筋检测只是其应用的一个方面,还可用于混凝土施工质量的检测,其特点是只需一个测试面。
(3)红外热像法:红外热像法是根据物体向外进行热辐射的原理,通过采集物体热辐射信号来检测其表面温度分布并以图像方式表现的一种检测技术,其特点是无接触、遥感、可大面积测试,对多层材料的脱粘较为敏感,适用于检测建筑外墙饰面层的剥离、结构渗漏部位的检测、建筑外墙保温隔热效果的检测、加固材料粘贴质量的检测等方面,具有结果直观、检测快速等优点。
(4)声发射:声发射是材料内部在发生形变或断裂而自发产生的应力波。它是一种常见的物理现象。材料声发射的特征和强弱程度,携带着材料组织结构变化的动态信息。它是材料性能的研究、监测和预报构件运转过程的形变、疲劳、失稳等危险信息动态检测的有效手段。目前国外主要用于桥梁运行状况的监控、大型起重设备的应力状态测试等。
(5)超声成像测试技术:美国Olson公司将断层成像技术应用于超声波检测,采用改进的超声探头在被测部位表面移动,经过数据采集、处理,形成被测部位断面图像,结果直观。国内不少专家学者也开展了超声断层成像理论及技术的研究。
(6)随着科技的发展,各种更加先进的检测技术不断涌现,而且,建筑材料的千差万别,使得各种技术也有它自己的适用范围,在这里只是简单的列举了几个比较基本的技术,当我们在进行检测时,应该根据经济条件,环境条件等合理进行选择。
3. 混凝土结构损伤确定后的加固
混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。
3.1 直接加同方法。
3.1.1 锚固法。该法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固;不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。该法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验; 适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。
3.1.2 粘贴钢板加固法。该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用,处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件。
3.1.3 粘贴纤维增强塑料加固法。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐蚀,耐潮湿,几乎不增加结构自重,耐用,维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性能的混凝土结构构件和一般构筑物。
3.2 间接加固的一般方法。
3.2.1 增加支承加固法。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间;适用于具体条件许可的混凝土结构加固。
3.2.2 预应力加固法。
(1)该法能降低被加固构件的应力水平,不仅使加固效果好,而且还能较大幅度地提高结构整体承载力,但加固后对原结构外观有一定影响,适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固,但在无防护的情况下,不能用于温度在60°以上环境中,也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
(2)各种技术中,碳纤维技术有着较多的优点,总结开来就有:耐腐蚀,质量轻,抗震能力强,耐久性好,寿命长,操作安装容易并且速度快。以前我国所使用的碳纤维全靠国外进口,价格昂贵,这就限制了这种材料的大范围使用,现时,我国已经可以自主生产碳纤维了,相信在以后,碳纤维一定会发挥越来越重要的作用。
4. 小结
(1)前面介绍的方法都是应用在破坏出现之后,是一种由结果导出原因的方式,具有一定的滞后性,这就提出了一个问题:能不能把这种检测变为主动的,自内而外的,持久时段的结构在线监测。
(2)人们逐渐发展起了智能检测技术,这种技术是把监测系统事先安装在了结构之中,从而能随时掌握结构的最新状态,以便采取应对措施。但是由于技术的实施耗费巨大,多应用在桥梁上面,并没有在与我们切实相关的建筑物得到很广泛的推广。
(3)近年来,由于新材料技术,信息技术及计算机技术的快速发展及其与其他传统行业的逐步结合,高技术正迅速渗透到包括土木工程在内的各行各业之中,具有仿人智能功能和生命特征的土木工程结构正在一步一步变为现实。
参考文献
[1] Doebling S W.A summary review of vibration based damage identification methods[J].The Shock and Vibration Digest,1998,3:92~105.
[2] 崔飞,袁万城,史家钧.基于静态应变及位移测量的结构损伤识别法[J].同济大学学报,2000,28(1):5~8.
[3] 张丽卿,韩兵康,李春祥.基于振动的土木工程结构损伤诊断研究进展[J].自然灾害学报,2004,13(5).
[4] 梁伟,王宗贤,顾琦.浅谈土木工程损伤检测技术[J].科技信息.
[5] 陈长征,罗跃纲,白秉三,唐忠.结构损伤检测与智能诊断[M].北京:科学技术出版社,2001.
[6] 施斌,徐洪钟,张丹,丁勇,崔何亮,陈斌,高俊启.BOTDR应变监测技术应用在大型基础工程健康诊断中的可行性研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(3):493~499.
[7] 邓 焱,严普强.桥梁结构损伤的振动模态检测[J].振动、测试与诊断,1999,19(3):157.163.
[8] 李功宇,郑华文.损伤结构的曲率模态分析[J].振动、测试与诊断,2002,22(2):136.141.
[9] 史治字,罗绍湘,张令弥.结构破损定位的单元模态应变能变化率法[J].振动工程学报,1998,11(3):356.360.