谈土木工程建设的分析与检测

［摘 要］目前在土木工程应用较为广泛的是几种无损检测技术，本文着重论述了它们在土木工程中的工作基本原理。对应用过程中出现的一些问题提出了要求，并分析损伤检测的未来发展与实现结构健康检测的必然趋势。

［关键词］土木工程、损伤检测、健康监测

土木工程都不可避免的会出现环境C6CCXA+侵蚀、过度使用、缺少维护以及材料本身的自然属性引起的老化等状态，从来影响使用效果。只有对土木工程及时进行损伤检测，才能够及时发现问题，准确的找到解决的方法与措施，使整个工程的质量得到有效的保证。随着工程结构的损伤与老伤事例的增加，土木工程的操作检测越来越被人们认识到其重要性。随着科学与技术的发展，土木工程的损伤检测方法与技术已从简单的凭经验过渡到现在的依靠精密仪器进行科学的检测。传统的检测方法大多是从结构的外观、现场荷载试验、微破损试验及破坏性的抽样试验等，这些方法中有部分对工程的结构有着相当大的破坏性，并且很难检测到的隐藏部位，对结构的全面信息无法完全获知，检测结果也大多是依靠检测者的主观与经验来判断，其准确程度受到很大的限制，比较难以对结构的整体安全及退化的过程做出精确的分析。

近十年来国内外的专家一直在探索一种新的、科学的方法来提升工程检测准确性。现在被采纳最多的，也最为先进的方法就是运用系统识别、信号采集、动测试、振动理论及智能传达室感器等跨领域与技术学科的试验模态分析法。发达国家已将这种方法广泛的运用于航天、精密机床等的故障分析、荷载识别和动力修改等领域。目前这种损伤检测技术也被应用到了土木工程中。这种方法被分为两类，一种为静态检测方法，包括声发射检测法、超声波检测法、射线检测法、雷达波检测法及红外线检测法等；另一种为动太检测法，主要方法是对结构进行振动损伤识别。

1.静态检测法

（1）声发射检测法：利用物体受外力或内力的作用易于产生变形或者裂断，形成应力松弛，储存的部分能量以应力波的形式被释放出来的特点。声发射应力波的声源来自于物体内部的错位、微裂纹以及内部微观或宏观变化的部份。声发射是根据收到的声源信号来分析声源的性质的一种方法。这种方法早在60年代已被发现并开始应用，但因其声发射信号复杂多变，并易受干扰，且难以采集和收取，一直发展缓慢。

（2）超声波法：利用超声波在介质中易于传播的特性，根据声波的声学量、声学规律，依据声速、传播时间、超声衰减和频谱结合物体的形状、力学量，通过对超声波波形与测量到的声学量来分析确定物体的力学、几何特点并确定内部缺陷的方位与大小。由于条件的限制，此方法只适用于几何形状相对简单的小型的物体。

（3） 射线法：利用X射线或Y射线及中子射线对物体的穿透力根据其在穿透过程中受到吸收和散射而减弱的特性，使其在感光材料中对材料的内部结构与缺陷进行检测，在其形成的影像中分析内部的缺陷与变化。这种方法的缺点是设备笨重，对被检测物体有一定程度的损伤，且由于X或Y射线被物体吸收部分后，穿透力大打折扣，不适用于大型的建筑物或水库、桥墩使用，因而和不到广泛的适用。

（4） 雷达波检测法：利用发射天线将高频电磁波（10- 2000MHz）以宽频带短脉冲形式送入介质内部，经目标体反射后回到表面，回波信号由接收天线接收。经目标反射加到物体的表层，再经回波信号，通过接收天线接收。电磁波的传播路径、电磁场场强度和波形通过物体的电性及几何形态的变化，据接收的反射回波的双程走势与幅度和位置等信息的回收与分析，对物体的内部结构与缺陷进行确定。这种方法适用于检测地下隐蔽工程与道路工程。

（5） 红外线检测法：利用热传导与热辐射的原理，通过原子或分分引起的振动对物体进行检测。自然界中的物体，只要自身的温度高于绝对零度都能辐射红外线，物体表面温度的分布直接影响传热时材料的内部结构、热工性质及表面状态。物体通过红外辐射转成可视热图像，再经过直观对物体表面湿度分析，确定物体表面结构与缺陷，以此判定物体的结构变化与受损的程度，是一种无损伤检测方法。

以上几种检测方法在应用上有不少的局限性，其主要表现在以下几个方面：

1) 须事先知道易损伤的部位及损伤结构是可以接近的；

2) 对于大型的建筑物及大型复杂的结构体的一些损伤部位很难检测，甚至是不可能到达；

3) 这些方法大多为定期的人工检测，要对一些接受检测的物体进行停工或停止使用的方式进行，给工期带来一定的影响。

4) 在检测期的间隔时段里不能及时发现损伤；

5) 不能对物体进行实时在线连续不断的监测；

2、动态检测方法

动态检测方法是利用结构的振动响应和系统动态的特性参数进行结构的损伤检测。结构模态参数（如固有频率、模态振型、模态阻尼等）是结构物理特性（如质量、刚度和阻尼）的函数，因此结构物理特性的改变会引起结构振动响应的变化。这种检测方法对于大型的结构整体检测十分有效，被广泛的应用于精密机械结构和航空航天方面。虽说对于大型桥梁、石油平台等大型结构可以利用振动对结构进行实时监测，但仍存大一些问题，主要表现在以下几方面：

（1）大型的结构复杂的工作环境与太多的不确定因素都对动力性测量精度与损伤识别造成很大困难；

（2）此类方法的识别灵敏度较低，很难在早期发现损伤；

（3）此类方法还须有结构的早期信息；

3、健康监测的发展趋势

为了解决上述方法的缺陷和不足，需要一种能够长期安装在结构上的传感器，能在正常环境下对结构的物理、力学及工作状态、结构耐久度及工作环境进行不间断的实时监测，以期能早期发现，及时处理。健康监测必将应运而生，其优势主要表现在以下几个方面：

（1）实时监测并及时预报，减少探伤维护费用，

（2）减少停工待检带来的损失，有效提高工期，

（3）随时随地自动检测，保证结构质量；、

[结束语]：由上述土木工程的检测方法的发展过程，我们不难看出，现有的方法已不能满足日益发展的大型复杂结构的检测，只有运用新型 的科学健康无损监测才能控制工程的成本，保证工程质量。健康监测成为工程检测的主要方法已成必然趋势。

[参考文献]

[1] 陈红领等：土木工程结构检测评估探讨[J] . 平顶山工学院学报 , 2007(11).

[2] 何奕南:土木建筑工程检测计量误区分析[J] .山西建筑 , 2007(03).

[3] 林维正:中国土木工程无损检测技术的发展[J] .无损检测, 2008(06).