第1章绪论建筑结构检测加固技术课件

第一章绪论

第一部分、建筑结构检测、鉴定与加固之间的关系与意义

第一部分、建筑结构检测、鉴定与加固之间的关系与意义（1）建筑病害是建筑工程质量事故和质量缺陷的统称。由于建筑结构从设计、施工到使用要经历一个较长时期，而由于施工技术不完善、建筑所处环境和使用条件的变化以及其他一些人为或者非人为因素的影响，使得大部分建筑都存在或多或少的病害。有些病害较轻，对人们的生活没有产生明显的影响，因此没有引起人们太多的重视。而有些则比较严重，已经影响了人们生产和生活的正常进行，给居民造成了财产损失和精神负担，有时还可能对人身安全产生威胁，因而引起人们越来越多的关注。（2）

建筑病害分类建筑病害分类方法很多，例如按病害原因、发生时期、造成危害的等级，以及处理方法等进行分类。如按病害性质进行分类，分为：损伤、裂缝、腐蚀、冻害、渗漏、老化、倒塌。1.1建筑结构检测、鉴定、加固与改造概述（4）工程结构从规划设计施工，到正常使用，老化，直至拆除全寿命过程。可以比拟为人类的生老病逝。（5）工程结构诊治学的范围包括：工程结构病理学：结构病害原因，产生，发展及变化；工程结构诊断学：即工程结构的检测鉴定和健康监测的理论与技术；工程结构治疗学：即工程结构的加固改造的理论与技术。（3）结构的检测、鉴定、加固和改造具有一定的内在关系

检测是基础，鉴定是结论，加固是对策，改造是目的。没有检测，就无法鉴定，更谈不上加固和改造。进行检测和鉴定且发现了问题，但不及时予以加固，可能导致结构功能丧失，甚至引发工程事故。一、建筑结构检测检测

建筑结构检测的定义：为评定建筑结构工程的质量或鉴定既有建筑结构的性能等所实施的检测工作，简称检测。

正如：西医看病需要对病人进行化验、透视；中医看病需要“望闻问切”。对结构进行检测所得到的数据不但是评定新建钢结构工程质量等级的原始依据，也是鉴定已有结构性能指标的依据。我国《建筑结构检测技术标准》规定，建筑结构的检测内容和项目主要有：

（1）结构材料性能（强度和缺陷）；（2）连接构件的尺寸与偏差；（3）变形与损伤；（4）基础沉降以及涂装等项工作；（5）必要时，需进行结构或构件性能的实荷检验或结构的动力测试。二、建筑结构鉴定

可靠性鉴定的定义：根据现场调查和检测结果，并考虑缺陷的影响，依据相应规范或标准的要求，对建筑结构的可靠性进行评估的工作，简称鉴定。

（1）建筑物在使用过程中，不仅需要经常性的管理与维护，而且随着时间的推移，还需要及时修缮，才能全面完成设计所赋予的功能。（2）为数不少的房屋建筑，或因设计、施工、使用不当，或因用途变更需要改造，或因使用环境发生变化，或因各类事故及灾害导致结构产生损伤，或需要延长结构使用寿命等等，都需要对结构进行处理。要做好这些工作，就必须对建筑物在安全性、适用性和耐久性方面存在的问题有全面的了解，才能做出安全、合理、经济、可行的方案，而建筑物可靠性鉴定所提供的就是对这些问题的正确评价。三、建筑结构加固

（1）建筑结构加固的定义：当结构的可靠性不满足要求时，对已有建筑结构进行加强，以提高其安全性（承载能力）、耐久性和满足使用要求的工作。

（2）加固工作分为：加固设计、加固施工及验收三个阶段。（3）建筑加固的的行业标准分别有：《建筑抗震加固技术规程》、《混凝土结构加固设计规范》、《既有建筑地基基础加固技术规范》、《钢结构加固技术规范》、《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》、《建筑地基处理技术规范》等。四、建筑物的改造

（１）定义：因用途改变、或设备更新、或工艺流程变革、或生产规模扩大、或城市规划要求等原因，需要对已有建筑结构进行相应变化及处理，以适应新的使用功能或规划要求。

（２）建筑物改造的形式：加层改造、扩建改造、增荷改造、托梁换柱改造、纠偏改造、基础托换改造、整体平移改造、抗震改造、节能改造等。

（３）改造与加固有所区别：尽管改造和加固都是对已有建筑结构进行处理，但加固的原因是已有结构或构件的可靠性不满足要求，而改造的原因是使用功能发生变化，大多数改造需要结合加固处理，但有些改造可能不需要加固处理。结构的检测、鉴定、加固和改造具有一定的内在关系和程序.

检测是基础，鉴定是结论，加固是对策，改造是目的。没有检测，就无法鉴定，更谈不上加固和改造。进行检测和鉴定且发现了问题，但不及时予以加固，可能导致结构功能丧失，甚至引发工程事故。1.2建筑结构检测、鉴定与加固的意义一、旧建筑物维修改造任务日趋增大据有关部门统计，我国城镇旧建筑物的概况大约是：1950年以前4.2亿㎡，50年代和60年代11亿㎡，70年代15亿㎡，80年代22亿㎡。相当多的60年代以前的建筑无疑都已进入了病害期，70～80年代的一些处于恶劣环境条件下的工业厂房也进入病害期。旧建筑的诊断、加固、修复任务是繁重的。但大多数的业主对此不够重视，带病服役的建筑比比皆是，其结果是加速了建筑物的劣化，缩短了其最终寿命，或者事故潜在因素不断积蓄，事故一旦爆发，则将造成严重损失。二、纪念性建筑的保存、置换许多有价值的古建筑、民风民俗特色建筑、有历史意义的建筑都需要诊断、补强加固处理。当今经济飞速发展，许多处于城市黄金地段的建筑物价值倍增，成为金融界、商界瞩目的对象，“置换”也就应运而生。1865年在上海南京路外滩开业的汇丰银行大楼，1949年后成为上海市政府办公大楼，９０年代重建外滩金融一条街，经过置换，汇丰银行又重新回到原大楼。置换前必须重新对大楼进行估价，也就是必须对大楼进行检测鉴定，必要时要作修复加固处理。上海外滩建筑耐久性-案例上海外白渡桥：1907年建，设计寿命100年。２０世纪初英国设计院来函，该桥寿命已到100年，我们的责任已终止。外白渡桥是上海第一座钢结构桥。桥有二孔，共长106.7米，车行道宽11.2米，两侧人行道各宽3.6米，载重为20吨。因它处于旧时的外滩摆渡处，人们过桥不付费，故称外白渡桥。

因设计寿命已到，上海对其进行检测，安全评价为89分。为了保证桥体安全再用50年，决定对其进行移桥修护。2008年4月6日，外白渡桥移桥工作正式开始。从上午8时到12时10分许，外白渡桥在原地抬升，由拖船牵引运往船厂维修。上海外白渡外白渡桥夜景外白渡桥分段拆离外白渡桥由拖船抬升、转向、待运外白渡桥分离后在拖船上拖船正在将外白渡桥拖往船厂维修建筑物设计使用年限与实际使用年限相差很大。调查结果表明，在严重腐蚀条件下的工业厂房，使用期限仅为17~26年，1985年水电部调查了32座大型混凝土坝和40余座钢筋混凝土闸，其耐用年限估计只有30~50年。冶金、化工、有色冶金行业的厂房腐蚀十分严重，结构维持正常使用的年限普遍很短。

据2000年全国公路普查，截止2000年底，我国公路危桥已有9597座，每年维修加固费需38亿元，而实际到位仅8亿元。三、新建工程结构质量事故的鉴定与处理由于多方面的原因，新建工程结构的质量缺陷、事故难以避免，对新建房事故的处理也同样需要诊断和补强加固处理。四、积累对建筑病害诊治经验，提高设计施工水平有些建筑病害的根源往往是在设计和建造中就埋下了的。例如，当前建筑结构设计往往侧重于强度设计，耐久性设计考虑不足。在施工质量的检验方面，耐久性的检验也比较欠缺。这正需要将旧建筑物诊治方面资料反馈到设计和施工中，以便制定耐久设计和施工的要求。

“五倍定律”有人用“五倍定律”来描述及时根除病害的重要性：设计过程预防病害措施费用为1；若设计无措施则施工过程预防病害费用为5；若到使用中发现病害并及时采取措施，费用则为25；如事态恶化再采取措施补救，则其费用可能是125。五、设计、施工质量缺陷及安全隐患的消除六、具有可持续发展重要意义对旧建筑物改造，充分利用既有资源，减少新建筑对资源的耗用，保护人类生态环境，对可持续发展具有重要意义。七、建筑业发展的趋势★建筑业的发展大致可以分为三个时期：☆战后重建(新建)—规模大、标准低☆新建与维修改造并重☆以维修改造为重点—现有建筑的规模和功能不能满足要求；新建费用高时间长，而改造工期短，投资少，效益高。★对建筑业来说，21世纪是维修改造的世纪！据美国劳工部门预测，维修改造业是最受欢迎的九大行业之一。接受委托收集资料，现场初步调查制定方案现场检测数据整理综合分析计算编写鉴定报告通过保护建筑方案审查保护建筑报告审查包括结构材性检测

1.3建筑结构鉴定、加固的程序

第二部分、建筑结构检测2.1混凝土检测的内容及分类1、建筑结构检测的内容根据属性分为：（1）几何量（如结构的几何尺寸、地基沉降、结构变形、混凝土保护层厚度、钢筋位置和数量、裂缝宽度等）；（2）物理力学性能（如材料强度、地基的承载能力、桩的承载能力、预制板的承载能力、结构自振周期等）；（3）化学性能（混凝土碳化、钢筋锈蚀等）。2、结构检测按方法不同可以分为以下三类：（1）非破损检测法(无损检测)常用的非破损法有测定混凝土强度的回弹法、超声波法以及回弹法、超声波法综合运用的所谓综合法。（2）半破损检测法半破损法有取芯法、拉拔法等。（3）破损检验法该方法主要用于数量较多的预制构件，随机选取有代表性的构件，进行破坏性试验，以测定其极限承载能力。2.2检测的原则

（1）“必须、够用”原则：检测的范围、内容和数量应根据鉴定评级的需要来确定，既不能随意省略检测内容，也不要盲目扩大检测内容。按照《建筑结构检测技术标准》（GB/T50344-2004）和表3.3.13建筑结构抽样检测的最小样本容量。（2）针对性原则：建筑结构的种类很多，结构现状千差万别，必须在初步调查的基础上，针对每一个具体的工程制定检测计划。（3）规范性原则：测试方法必须符合国家有关的规范标准要求，测试仪器必须标准，测试单位必须具备资质，测试人员必须取得上岗证书。（4）科学性原则：被测构件的抽取、测试手段的确定、测试数据的处理要有科学性，切忌头脑里先有结论而把检测作为证明来对待。2.3混凝土的破损机理混凝土结构是钢筋混凝土结构、顶应力混凝土结构和素混凝土结构的总称。也是目前我国应用最广泛的一种结构形式。混凝土具有较高的抗压强度．但它的抗拉强度较低，因而在混凝土结构的受拉区通常都要配置抗拉强度较高的钢筋。混凝土结构的损坏包含：混凝土受压、受拉破坏和风化和侵蚀，又包含了钢筋的锈蚀，在多数情况下，钢筋的锈蚀更为突出。2.3.1、混凝土碳化机理：硬化的混凝土，由于水泥水化生成Ca(OH)2，故显碱性，PH值>12，此时混凝土里的钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不生锈。当不密实的混凝土置于空气中或CO2环境中时，由于CO2的侵入，混凝土中的Ca(OH)2与空气中的CO2在一定湿度的范围内发生化学反应，生成CaCO3等物质，其碱性逐渐降低，甚至消失，这种化学反应称为混凝土的碳化。当环境处于50-60%的湿度时碳化速度最快。另外凡是能与Ca(OH)2进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、SO3、H2S以至于HCl等，均能进行中和反应，使混凝土碱性降低，使其中钢筋去钝化，故混凝土碳化应更广义的称为“中性化”）。这个碳化过程是由表及里、由浅入深，逐渐向混凝土内部扩散。表层的混凝土碳化后，侵入的CO2将继续沿着混凝土中的空隙通道向混凝土的深处扩展，直至到达混凝土里钢筋的表面。碳化作用降低了混凝土的碱性，对钢筋的保护膜起破坏作用，当混凝土的PH值<12时，钢筋的保护膜就不稳定，当PH值<11.5时，钢筋的钝化膜就会遭到破坏，引起钢筋锈蚀，导致其体积膨胀至约为基体的2-4倍，所产生的膨胀力将使混凝土保护层开裂。开裂的混凝土由于CO2不断的侵入，碳化更加严重，钢筋锈蚀更加厉害，直至使混凝土剥落，严重的影响了混凝土的耐久性。2.3.2、氯离子侵蚀1、机理：当混凝土中含有氯离子(C1-)时，即使混凝土的碱度较高，钢筋周围的混凝土尚未碳化，钢筋也会出现锈蚀。这是因为氯离子的半径小，活性大，具有很强的穿透氧化膜的能力，氯离子吸附在膜结构有缺陷的地方，如位错区或晶界区等，使难溶的氢氧化铁转变成易溶的氯化铁，致使钢筋表面的钝化膜局部破坏。钝化膜破坏后，露出的金属便是活化—钝化原电池的阳极。由于活化区小，钝化区大，构成一个大阴极、小阳极的活化—钝化电池，钢筋就产生所谓的坑蚀现象。2、进入混凝土中的氯离子主要有两个来源：(1)施工过程中掺加的防冻剂等，即内掺型(2)使用环境中期离子的渗透，即外掺型。2.3.3、混凝土冻融破坏1、吸水饱和的混凝土在其冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成：其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀9%，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应力；其二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压。由于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙中水的冰点随着孔径的减小而降低。凝胶孔水形成冰核的温度在－78℃以下，因而由冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压力。2、机理：当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，只有当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。两必要条件：处在干燥条件的混凝土显然不存在冻融破坏的问题，所以饱水状态是混凝土发生冻融破坏的必要条件之一，另一必要条件是外界气温正负变化，使混凝土孔隙中的水反复发生冻融循环。这两个必要条件，决定了混凝土冻融破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。2.3.4、混凝土的碱-骨料反应1、定义：混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分(氧化硅）发生化学反应，生成碱-硅酸盐凝胶并吸水产生膨胀力引起混凝土内部开裂的现象。碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的。因碱骨料反应时间较为缓慢，短则几年，长则几十年才能被发现。2、发生碱骨料反应需要具有三个条件：首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高；第二是骨料中有相当数量的活性成分(氧化硅）；第三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。2.3.5、钢筋的锈蚀钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀往往危害建筑物的安全,并且所造成的危害很难修补挽回,造成巨大的损失。1、钢筋锈蚀后，导致混凝土结构性能的裂化和破坏：①钢筋锈蚀，导致截面积减少，从而使钢筋的力学性能下降。大量的试验研究表明，对于截面积损失率达5％～10％的钢筋，其屈服强度和抗拉强度及延伸率均开始下降，对于截面积损失率大于10％，但小于60％的严重腐蚀，钢筋各项力学性能指标严重下降。如：钢筋截面积损失率达1.2％、2.4％和5％时，钢筋混凝土板的承载能力分别下降8％、17％、和25％，钢筋截面积损失率达60％时，构件承载能力降低到与未配筋构件相近。②钢筋腐蚀导致钢筋与混凝土之间的结合强度下降，从而不能把钢筋所受的拉伸强度有效传递给混凝土。③钢筋锈蚀生成腐蚀产物，其体积是基体体积的2～4倍，腐蚀产物在混凝土和钢筋之间积聚，对混凝土的挤压力逐渐增大，混凝土保护层在这种挤压力的作用下拉应力逐渐加大，直到开裂、起鼓、剥落。2、机理：钢筋混凝土中钢筋锈蚀主要是电化学锈蚀。钢筋在水泥的水化反应作用下会在表面产生一层钝化膜，使钢筋与有害成分隔绝，保护混凝土中的钢筋不受侵蚀，但当混凝土的碱性降低或碱性化合物碳化或Cl-侵入混凝土,钝化膜将遭到破坏,在有水和氧气的条件下,就会发生锈蚀。3、混凝土中钢筋锈蚀的影响因素有：混凝土的密实度、混凝土保护层厚度、混凝土碳化、环境湿度、氯离子侵入等。在这些因素中，混凝土保护层的碳化和氯离子侵入是造成钢筋锈蚀的主要原因。

2.4混凝土强度的检测

混凝土的立方体抗压强度是其各种物理力学性能指标的综合反映，它与混凝土轴心抗拉强度、轴心抗压强度、弯曲抗压强度、疲劳强度等有良好的相关性，且其测试方便可靠，因此混凝土的立方体抗压强度是混凝土强度的最基本的指标。1、混凝土抗压强度的测试方法：（1）局部破损法：取芯法、小圆柱劈裂法、压入法和拔出法（2）非破损法：表面硬度法（回弹法、印痕法）、声学法（共振法、超声脉冲法）；（3）综合法：这些方法可以按不同组合形成多种多样的综合法。第三部分、结构无损检测3.1无损检测技术概述无损检测技术:在不扰动介质性状、不损害材料承载能力的条件下实现对被测物体性质和相关参数的测定。“混凝土工程应用无损检测技术程度，是标志着一个国家对结构工程验收和质量检测技术的高低”，说明了发展无损检测技术的必要性和实际意义。3.2无损检测的应用1、施工过程中工程质量，如：混凝土强度不够；混凝土结构缺陷的检测约占65%；2、原建筑物上改造，如需要加高接层或者楼面荷载改变等，鉴定原建筑物约占20%；3、受损结构，如受化学介质侵蚀、火灾、地震等的检测约占10%；4、重要工程的验收检测，如核电站安全壳、大型电站基础、水库闸门和电站大坝等的检测约占5%。5、预制构件产品质量鉴定。混凝土强度检测混凝土内部空洞检测混凝土损伤层厚度检测裂缝深度检测钢筋保护层、位置和直径检测钢筋腐蚀情况检测桩基础工程完整性和承载力检测3.3无损检测的主要内容17:18453.4混凝土强度无损检测的常用方法回弹法超声波法超声回弹综合法电磁感应法雷达波法钻芯法拔出法钻拉法等

第四部分、本课程的特点与相关规范

1.课程特点：（1）内容多，知识面广，综合土木工程的各专业知识。（所需的前期课程内容较多，是一门复杂的学科）（2）新技术、新工艺、非唯一性没有不可加固的结构，没有唯一的加固方法。一种新技术（工艺）被一次灾后加固所肯定或否定。2.参考书（主要的）

《工程结构鉴定与加固改造》建工出版社，2008年12月编委会《结构可靠性鉴定与加固技术》中国水利水电出版社，2002年2月曹双寅等

《房屋结构灾害检测与加固》同济大学出版社95.11朱伯龙《工程结构裂缝控制》中国建筑工业出版社97.8王铁梦《建筑工程事故分析与处理》中国建筑工业出版社2006.4江见鲸等《建筑工程事故处理手册》中国建筑工业出版社94.9王赫3.规范、规程（已有几十本，列举几本主要的）

《现有建筑抗震鉴定与加固规程》DGJ08-81-2000《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-1999《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006《危险房屋鉴定标准》JGJ125-99《房屋质量检测规程》DG/TJ08-79-2008《既有建筑物结构检测与评定标准》DGTJ08-804-2005《房屋完损等级评定标准》

城住字［84］第678号《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009

涉及标准、规范鉴定涉及的部分标准、规范鉴定部分民用建筑可靠性鉴定标准GB50292-99工业厂房可靠性鉴定标准GBJ144-90工业构筑物抗震鉴定标准GBJ117-88建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2001危险房屋鉴定标准JGJ125－99建筑抗震鉴定标准GB50023-95民用建筑修缮查勘与设计规范JGJ117-98钢铁工业建（构）筑物可靠性鉴定标准YBJ219-89涉及标