混凝土横梁表面与钢筋距离

式中　vp——波速;

　　　E——弹性模量;

　　　ρ——介质密度;

　　　γ——泊松比。

横波的传播速度为

纵波速度为横波速度的1.6～1.9倍。混凝土的弹性越强，密度越小，则声速越高。若混凝土内部有缺陷，如孔洞、裂缝等，超声波只得经反射、绕射传播到接收探头，传播路程加长，测得的声时增大，计算波速降低。

2.波形

当超声波在传播过程中遇到混凝土内部缺陷或裂缝时，传播路径复杂化，直达波、反射波、绕射波相继到达接收探头，它们的频率和相位不同，波的叠加使波形畸变。分析比较接收波的波形，是混凝土内部质量和缺陷判断的辅助手段。

3.振幅

超声波的振幅参数是指接收到的首波前半周的幅值，它表示接收到的波的强弱，反映超声波在混凝土中的衰减情况，超声波的衰减反映混凝土的黏塑性能，在一定程度上反映混凝土的强度。当混凝土内部有缺陷或裂缝时，超声波会产生反射或绕射，使振幅降低，幅值也是判断缺陷和裂缝的重要指标。

4.频率

超声仪发射的超声波含有各种频率成分，高频成分衰减快，低频成分衰减慢。混凝土内部的缺陷，使超声波产生绕射、反射，实际传播距离加长，高频成分减少，主频下降。因此，测量超声波通过混凝土后的频率变化，可以判断混凝土质量、内部缺陷或裂缝。

用超声波法检测混凝土强度只利用波速参数，依据波速与混凝土强度之间的相关性，通过试验事先建立波速与混凝土强度之间的测强关系曲线(图2-6)。当需要检测混凝土构件的强度时，只要测出超声波在某区域的波速，即可推定该区域混凝土的平均强度。用超声波法检测混凝土构件的强度时，仍然需要对构件划分测区，测区划分的原则与回弹法基本相同，但超声波法的每个测区必须包含两个测试面，每个测区内布置3对超声波测点(图2-7)。

值得注意的是，一般超声波测强曲线中的波速指的是纵波，所以检测时要求发射和接收探头应分别布置在构件的两个相对面上，尽可能使两个探头的轴线重合。用超声波法检测混凝土强度时不能采用平测法，不能将两个探头布置在同一个侧面上。

超声波法检测具有不损伤结构和可以多次重复检测的优点，但混凝土中的钢筋常成为影响测试精度的难以避免的因素，钢筋中的波速比在混凝土中高1.2～1.9倍，实际检测的多是钢筋混凝土结构，当超声波的路径上存在钢筋时，测出的波速偏高。解决的办法有两种:一是查明钢筋的位置和走向，尽可能远离钢筋并避免与之平行;二是根据钢筋的位置、数量进行修正。

图2-6　波速与混凝土强度关系曲线

图2-7　用超声波法检测混凝土强度示意

2.2.4　拔出法

用拔出法检测混凝土强度，是将固定在混凝土中的标准锚固件，用拔出仪进行拔出试验，测定极限拔出力，根据预先建立的拔出力与混凝土强度之间的相关关系，测出混凝土强度。拔出法分为两种，一种是预埋拔出法，另一种是后装拔出法。预埋拔出法的锚固件是随混凝土浇筑施工锚入构件中的，后装拔出法的锚固件是在已硬化混凝土上钻孔、磨槽，然后嵌入的。预埋拔出法常用于在施工中掌握如预应力张拉、拆模或吊装运输等有强度要求的工作时的时间控制;预埋拔出法需要有事先的计划准备，使用上有很大的局限性。后装拔出法可在新、旧混凝土的各种构件上进行强度检测。拔出法与钻芯法相比，破损程度小，快速、方便，适用于小尺寸及钢筋较密的构件。拔出法与回弹法或超声回弹综合法相比，理论关系明确，容易操作，且具有更高的精度。

拔出法的主要参数包括两个:一是锚固件的锚固深度，多在25和35 mm之间;另一个是拔出仪与被测件表面的接触支承形式，分为圆环式和三点式两种(图2-8)。相同锚固深度时，拔出力随支承约束尺寸的增大而减小，相同支承约束尺寸下，圆环支承的拔出力大于三点支承。

影响拔出法检测精度的主要因素是混凝土粗集料的粒径和锚固件的锚固深度，粒径大则精度低，锚固深度大则精度高。现行主要参考规范为《拔出法检测混凝土强度技术规程》(CECS 69:2011)。

2.2.5　综合法

混凝土强度检测的综合法采用两种或两种以上的单一法，获取多种物理参量，建立强度与多项物理参量的综合相关关系，从不同的角度综合评价混凝土的强度。目前已采用的综合法有超声回弹综合法、超声取芯综合法等。综合法能较全面地反映构成混凝土强度的多种因素，使某些具有相反作用的影响因素得到不同程度的抵消，因而比单一法测强的准确性和可靠性高。

图2-8　拔出法检测装置示意

(a)圆环支承　(b)三点支承

我国目前应用最广的综合法是超声回弹综合法，相应的标准有《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02:2005)，规程中提供的测强曲线如下。

粗集料为卵石时:

粗集料为碎石时:

式中　——第i个测区混凝土强度换算值;

　　　vai——第i个测区修正后的波速值;

　　　Rai——第i个测区修正后的回弹值。

超声回弹综合法采用超声仪和回弹仪，在相同的测区上分别测量波速和回弹值，利用测强曲线推算该测区混凝土强度。超声回弹综合法的一个测区由两个相对测试面上的两个区域构成。所谓测区，对于回弹法实际上是一定范围混凝土的表层，对于超声波法是相对面上两个区域之间混凝土的整体。在表面上相同的测区内，回弹法和超声波法反映了不同深度范围混凝土的弹性性能。回弹法仅反映混凝土的表层强度，而超声波由于穿透混凝土，当构件尺寸较大或内外质量有较大差异时，能反映内部混凝土的性能。超声波法只反映混凝土的弹性性能，而回弹法使混凝土局部表面发生塑性变形，既反映混凝土的弹性性能，也反映其塑性性能。混凝土含水量对回弹值与波速的影响相反，在混凝土强度一定的情况下，湿度增大，回弹值降低，而波速提高。

2.3　混凝土裂缝检测

2.3.1　裂缝宽度检测

测量裂缝宽度常用裂缝标尺(比对卡)或读数显微镜。裂缝标尺可以是一块透明胶片，上面印有粗细不等、标注着宽度值的平行线条(图2-9);将其覆盖于裂缝上，可比较出裂缝的宽度。这种方法简便快速，适用于各种环境条件。读数显微镜是配有刻度和游标的光学透镜，从镜中看到的是放大的裂缝(图2-10)，通过调节游标可读出裂缝宽度。

图2-9　裂缝比对卡

图2-10　读数显微镜观测裂缝宽度示意

沿裂缝长度，其宽度不是均匀的，工程鉴定中关注的是特定位置的最大裂缝宽度;限制裂缝宽度的主要目的，是防止侵蚀性介质渗入导致钢筋锈蚀。因此，测量裂缝宽度的位置应在受力主筋附近，如测量梁的弯曲裂缝，应在受拉主筋高度处(图2-11)。

裂缝宽度可能随气温、湿度、季节及使用荷载的变化而变化。进行裂缝宽度的长期观测，应考虑上述因素可能产生的影响，而每天观测的时间应尽可能一致。

图2-11　弯曲裂缝宽度的测定

2.3.2　裂缝深度检测

裂缝深度检测可采用凿开法或钻孔取芯法直接观测，当裂缝较深时宜用超声波法。采用凿开法检查前，先向缝中注入有色墨水，则易于辨认细微裂缝。超声波检测裂缝深度有三种方法，即平测法、斜测法和钻孔测试法。

平测法适用于结构的裂缝部位只有一个可测表面的情况，如地下室外墙板、路面或大体积结构等。检测时先将发、收探头对称置于裂缝的两侧(图2-12)，测取声时值t0，该声时值是超声波在绕过裂缝末端的折线路径上传播的时间，假定波速为v，则有方程

图2-12　平测裂缝示意

方程中的速度v可在裂缝附近测得。当构件具有一对平行测试面时，采用对测法直接测得混凝土中超声波的速度;对于只有一个可测表面的情况，在裂缝的同一侧布置发、收探头，测取沿表面传播的波速。由于探头自身尺寸影响不可忽略，超声波传播的距离到底应取两探头内侧的净距，或中心距，或其他，难以确定，解决的办法是采用在不同测距(L1、L2)下测取各自对应的声时(t1、t2)，则测距之差对应的传播时间应是声时差，由此可消除探头尺寸的影响。实际波速按下式计算:

联立方程式(2-19)和(2-20)，可解得裂缝深度d值。

实际检测时，应进行不同测距下的多次测量，以不同测距取得的d的平均值作为该裂缝的深度值。

斜测法适用于结构的裂缝部位具有两个相互平行的可测表面的情况，如梁、柱构件。检测时将发、收探头分别置于结构的两个表面，且两个探头的轴线不重合(图2-13)，采取多点检测的方法，保持发、收探头的连线等长度，记录各测点接收波形的幅值或频率。若探头的连线通过裂缝，超声波在裂缝界面上产生较大的衰减，幅值和频率比不通过裂缝时有明显的降低，据此可判定裂缝的深度及是否贯通。

钻孔测试法适用于大体积混凝土中裂缝较深，或超声波功率较小、接收到的信号微弱的情况。在裂缝两侧钻孔(图2-14)，孔径比探头直径大5～10 mm，孔距宜为2 000 mm。测试前向孔中注满清水作为耦合剂，然后将接收和发射探头分别置于裂缝两侧的孔中，以相同高程等间距自上而下同步移动，逐点读取波幅和深度，绘制深度－波幅曲线(图2-15)。当波幅达到最大并基本稳定时的对应深度，便是裂缝深度。

图2-13　斜测裂缝示意

图2-14　钻孔测裂缝深度示意

2.3.3　裂缝扩展检测

裂缝扩展检测有以下两种方法。

1.贴石膏标板法检测

将厚10 mm、宽50～70 mm、长约200 mm的石膏板垂直于裂缝粘贴在构件表面，用1∶2水泥砂浆贴牢。当裂缝稍有开展，标板就脆性断裂。观察标板上裂缝的变化，即可了解到构件裂缝的开展情况(见图2-16)。

2.粘贴(钉)薄钢板检测

在裂缝两侧各粘(钉)一块薄钢板，并相互搭接紧贴，在薄钢板表面涂刷油漆。当裂缝开展时，两块薄钢板被逐渐拉开，中间露出的未涂刷油漆部分薄钢板的宽度，即为构件裂缝的开展情况(图2-17)。

图2-15　深度与波幅关系

图2-16　贴石膏标板观测裂缝扩展

以上两种裂缝扩展的检测方法比较粗略，但简便易行，适于采用。

裂缝扩展的精确测量可采用应变计或千分表进行(图2-18)。

图2-17　粘贴(钉)薄钢板观测裂缝扩展

图2-18　用应变计或千分表测量裂缝的扩展

2.4　混凝土内部缺陷检测

2.4.1　两次浇筑的混凝土之间黏合质量检测

混凝土浇筑中途停歇时间超过3 h的属于两次浇筑。留设施工缝，扩大断面法加固及叠合构件等，都是两次浇筑。若要使两次浇筑的混凝土成为整体，能共同工作，必须保持良好的黏合。对其黏合质量的检测常用超声波法。

超声波检测采用穿过和不穿过黏合面的波束(图2-19)，保持各波束平行，路径相等，若两次浇筑的黏合质量良好，波束穿过黏合面如同在母体介质中传播，穿过与不穿过黏合面的声学参数基本一致;而波束遇到黏合不良的界面，会有反射、绕射和透射现象发生，接收到的波幅和频率将明显降低，声时增大，通过比较或数理统计分析，可判断黏合面的质量。

图2-19　黏合面检测探头布置

2.4.2　表面损伤层检测

混凝土表面损伤的主要原因有火灾、冻害及化学腐蚀。这些伤害都是由表及里地进行，损伤程度外重内轻，损伤层混凝土的强度显著降低，甚至完全丧失。损伤深度是结构鉴定加固的重要依据。

简易的混凝土损伤层检测方法是凿开或钻芯观察，从颜色和强度的区别可判别损伤层的深度，如火伤混凝土呈粉红色。

除了简易检测方法，还有恒压钻进法和超声波法。恒压钻进法是在恒压下等速冲击钻钻入混凝土，根据钻进速度或钻入阻力确定混凝土的内在质量。超声波在损伤混凝土中的波速小于在未损伤混凝土中的波速。检测时，将两个探头置于损伤层表面，一个保持位置不动，另一个逐点移位(图2-20)，每次移动距离不宜大于100 mm，读取不同传播路径的声速值，绘制出“时－距”直角坐标图(图2-21)。“时－距”图为折线，其斜率分别代表损伤层和未损伤层中的波速。折点的物理意义在于，完全沿损伤层的传播时间与穿透损伤层并沿未损伤混凝土传播的时间相等，由不同传播路径而声时相等的条件，可建立方程，解得损伤深度。损伤深度的计算公式如下:

图2-20　损伤层检测的测点布置

图2-21　损伤层检测“时－距”图

式中　d——损伤深度;

　　　l0——“时－距”图折点对应的测距;

　　　v1——损伤层混凝土中的波速;

　　　v2——未损伤层混凝土中的波速。

用超声波法检测损伤深度的可靠性不理想，应与钻芯法或恒压钻进法配合进行。

2.4.3　混凝土内部不密实区和孔洞的检测

对于配筋密集的部位，如梁柱的节点，有可能因漏振、漏浆或石子架空在钢筋网上，导致混凝土内部不密实或出现孔洞，成为安全隐患。在混凝土内部钢筋密集且外部有蜂窝、麻面的情况下，选择在重要的结构部位进行内部密实性检测，目前主要采用超声波法。

将一对探头分别置于相互平行的表面上进行对测，检测前应在测区表面弹出间距为200～300 mm的网格，逐点编号，确定对应测点的位置，测取各点的声学参数，如声时或波幅，并精确测量声距。为了确定不密实区或内部孔洞的位置，对于具有两对相互平行的测试表面的构件，应在两对相互平行的测试表面上对测(图2-22)，当构件只有一对平行的表面可测时，应进行交叉斜测(图2-23)。

图2-22　在两对相互平行的表面上对测

图2-23　在一对相互平行的表面上斜测

在各测点超声波的传播路线平行，测距相同，如果混凝土内部不存在缺陷，则混凝土质量基本符合正态分布，所测得的声学参数也基本符合正态分布。若混凝土内部存在缺陷，则声学参数必然出现明显差异，运用数理统计原理，当某些声学参数超出了一定的置信范围，可以判定它为异常数据，异常数据测点在构件表面围成的区域可以看做内部缺陷在表面上的投影。异常数据按以下方法判别。

将各测点的声时值ti按大小顺序排列，tl≤t2≤…≤tn≤tn+1≤…，假定中间某个数据tn明显偏大，该数据及排列其后的所有数据均被视为可疑数据，将最小可疑数据及排列其前的所有数据进行统计分析，计算平均值mt和标准差St，则异常数据的临界值为

χ0=mt+λ1·St　　　　　　　　(2-22)

式中λ1为异常值判定系数，可由正态分布函数表查出(表2-4)。把假定的最小可疑数据与临界值χ0进行比较，若tn≥χ0，则tn及排列其后的所有数据均确定为可疑数据;若tn＜χ0，则对tn作为可疑数据的假定错误，应重新假定排列在tn之后的某个数据为可疑数据，按同样的方法重新判断。

表2-4　统计数的个数n与对应的λ1值

当采用波幅作为测量参数时，将各测点的波幅Ai按大小顺序排列，A1≥A2≥…≥An≥An+l≥…，假定中间某个数据An明显偏小，该数据及排列其后的所有数据均被视为可疑数据，将最大可疑数据及排列其前的所有数据进行统计分析，计算平均值mA和标准差SA，则异常数据的临界值为

χ0=mA－λ1·SA　　　　　　　　(2-23)

把假定的最大可疑数据与临界值χ0进行比较，若An≤χ0，则An及排列其后的所有数据均确定为可疑数据;若An＞χ0，应将排列在An之后的某个数据假定为可疑数据，按同样的方法重新判断。

2.4.4　混凝土碳化深度检测

混凝土的碳化是指空气中的CO2不断向混凝土内部渗透，并与混凝土中的Ca(OH)2反应形成中性的CaCO3，使混凝土表面碱性降低，硬度提高的过程。碳化随时间不断向内发展，碳化的速度与混凝土密实性及温、湿度环境有关，差别较大。当碳化发展到钢筋表面，在有水和氧供给的条件下，钢筋开始锈蚀，结构开始发生耐久性损伤。当混凝土中存在裂缝时，裂缝部位的碳化发展加剧(图2-24)，即使保护层范围的混凝土还没有完全碳化，裂缝部位的钢筋仍可能锈蚀，因此，在不良环境下应尽早修补裂缝。碳化深度是混凝土结构耐久性评估的重要参数。

碳化混凝土的碱性变化可用做检测碳化深度的依据。在混凝土构件表面钻出一个孔洞，吹净孔洞中残存的粉末，随后将酚酞酒精溶液滴于孔壁，观察孔壁颜色的变化。溶液本无色，遇碱性变红色。当孔壁上的溶液均为无色时，表明孔底未穿透碳化层，需增大孔深再测，直到孔壁深部变成红色，外部仍为无色，测量变色分界线的深度，即为该处混凝土的碳化深度。除净钻孔中残留的粉末时，需要精心地对待，可用小毛刷和吹球反复地清理，否则深处未碳化混凝土的粉末浮于外层已碳化区，可能造成碳化深度偏浅的误测。用钝器在构件上敲掉一角，此处不会残留粉末，在新鲜的破损面上用酚酞酒精溶液检测，其结果较可靠，可用来校核。

2.4.5　钢筋位置及保护层厚度检测

对于设计、施工资料不详的已建结构配筋情况调查，或是确认对保护层厚度敏感的悬臂板式结构的截面有效高度，要求检测钢筋的位置、走向、间距及埋深。不凿开混凝土表面，用钢筋位置探测仪可进行检测。该类仪器利用电磁感应原理工作，检测时将长方形的探头贴于混凝土表面，缓慢移动或转动探头(图2-25)，当探头靠近钢筋或与钢筋趋于平行时，感应电流增大，反之减小。由此可确定内部钢筋的位置和走向。通过标定，在已知钢筋直径的前提下，可检测保护层的厚度。当对混凝土进行钻芯取样时，一般可用此法预先探明钢筋的位置，以达到避让的目的。

图2-24　混凝土裂缝处的碳化

图2-25　钢筋位置测试示意

2.4.6　钢筋锈蚀程度检测

2.4.6.1　钢筋种类的鉴别

各个时期钢筋的种类、质量标准及表示符号不尽相同。在进行旧有结构的鉴定时，如果有图纸档案，首先应查阅图纸及相应年代的规范、标准，明确钢筋强度的设计值和标准值;如果有标准图，因标准图对使用的钢筋有较详细的说明，则更容易了解钢筋的力学性能。

如果不能从图纸中确定钢筋的种类，应通过取样化验或力学性能试验来确定，尤其是对于进口钢材。化验主要是对C、S、P、Mn等成分的量化分析。

2.4.6.2　钢筋锈蚀程度的检测方法

对于仍包裹在混凝土内的钢筋，检测其锈蚀程度常用裂缝观察法、取样检测法和电化学测定法。

1.裂缝观察法

钢筋锈蚀部分的体积将膨胀为原来的2.2倍，随着锈蚀的加剧，总体膨胀体积迅速增大，导致混凝土保护层锈胀开裂，梁、柱角部易受两个方向有害介质的侵蚀，所以一般沿梁、柱角部纵向主筋首先出现顺筋裂缝，如不及时处理，还将出现沿锈蚀钢筋的横向裂缝。锈蚀愈严重，裂缝愈宽。表2-5列出了混凝土构件破损状态与钢筋截面损失的关系，可作为钢筋锈蚀程度的初始判断。

表2-5　混凝土构件破损状态与钢筋截面损失率

当混凝土构件出现顺筋裂缝时，可按下式推算钢筋的锈蚀程度:

式中　λ——钢筋截面损失率，%;

　　　as——保护层厚度;

　　　fcu——混凝土立方体抗压强度;

　　　d——钢筋直径。

2.取样检测法

凿开混凝土保护层，观察并测定保护层厚度、钢筋位置、钢筋数量及锈蚀等情况;钢筋的残余直径可用游标卡尺测量，测量前应清除锈层使钢筋露出金属光泽。当钢筋锈蚀严重，须校核构件承载力时，应截取钢筋试样进行抗拉试验，或测定钢筋的残余截面率。测定残余截面率的做法，首先是精确测量试样的长度。在氢氧化钠溶液中通电除锈，将除锈后的试样在天平上称出残余质量，残余质量与该种钢筋公称质量之比即为钢筋的残余截面率。

3.电化学测定法

(1)电化学测定法的测区及测点布置应符合下列要求。

1)应根据构件的环境差异及外观检查的结果来确定测区，测区应能代表不同环境条件和不同的锈蚀外观表征，每种条件的测区数量不宜少于3个。

2)在测区上布置测试网格，网格节点为测点，网格间距可为200 mm×200 mm、300 mm ×300 mm或200 mm×100 mm等，根据构件尺寸和仪器功能而定。测区中的测点数不宜少于20个。测点与构件边缘的距离应大于50 mm。

3)测区应统一编号，注明位置，并描述其外观情况。

(2)电化学检测操作应遵守所使用检测仪器的操作规定，并应注意以下几方面。

1)电极铜棒应清洁、无明显缺陷。

2)混凝土表面应清洁，无涂料、浮浆、污物或尘土等，测点处混凝土应湿润。

3)保证仪器连接点钢筋与测点钢筋连通。

4)测点读数应稳定，电位读数变动不超过2 mV;同一测点同一支参考电极重复读数差异不得超过10 mV，同一测点不同参考电极重复读数差异不得超过20 mV。

5)应避免各种电磁场的干扰。

6)应注意环境温度对测试结果的影响，必要时应进行修正。

(3)电化学测试结果的表达应符合下列要求:

1)按一定的比例绘出测区平面图，标出相应测点位置的钢筋锈蚀电位，得到数据阵列;

2)绘出电位等值线图，通过数值相等各点或内插各等值点绘出等值线，等值线差值宜为1 000 mV。

(4)电化学测试结果的判定可参考下列建议。

1)钢筋电位与钢筋锈蚀状况的判别见表2-6。

表2-6　钢筋电位与钢筋锈蚀状况判别

2)钢筋锈蚀电流与钢筋锈蚀速率及构件损伤年限的判别见表2-7。

表2-7　钢筋锈蚀电流与钢筋锈蚀速率和构件损伤年限判别

3)混凝土电阻率与钢筋锈蚀状况判别见表2-8。

表2-8　混凝土电阻率与钢筋锈蚀状态判别

2.5　钢筋混凝土结构火灾后的检测

2.5.1　火灾温度的估算

从火灾产生到火灾熄灭，火灾的过程可分为发展期、旺盛期和衰减期三个时期，如图2-26所示。

图2-26　火灾的发展过程

(1)火灾发展期是指从火灾产生到火灾向四周蔓延的阶段，这一阶段时间较短，而且大多数火灾在这一阶段的发展规律相似。

(2)火灾旺盛期是指火灾蔓延到室内产生轰燃的阶段。这一阶段的燃烧情况主要取决于室内空间大小，通风情况，起火房间墙体和楼板的传热特性，可燃物的数量、品种、分布与存放状态等。室内的通风条件好，可燃物的数量多且燃烧热值大，室内的燃烧温度就高，燃烧时间就长。结构的损伤主要取决于这一阶段，若火灾旺盛期的时间短，温度低或火灾扑灭及时，构件的损伤就轻，反之就重。

(3)火灾衰减期是指可燃物基本燃烧完，火灾温度开始逐渐降低的时期。

室内温度分析的方法很多，这些方法尽管可以综合反映影响火灾过程和火灾温度的诸多因素，但确定这些影响因素十分困难，因此，实际应用上往往受到限制。目前广泛应用的温度预测方法是采用国际标准升温曲线(图2-27)，其温度与时间的关系是

T=T0+ 345lg(8t+ 1)　　　　　　　　(2-26)

式中　T——火灾室内温度，℃;

　　　T0——常温(20℃);

　　　t——火灾时间，min。

国际标准升温曲线不仅可以用于温度预测，也是耐火试验的标准升温曲线。

实际火灾由于蔓延过程不同，持续时间难以确定，灭火方式与灭火条件也不尽相同，仅凭理论的温度－时间曲线预测和分析火灾的温度还远远不够，应在分析温度－时间的理论关系基础上，结合现场调查，对火灾进行温度分区，并分析构件所受的温度。因为，理论上的分析仅能给出室内宏观上的温度分布情况，实际上火灾区域内各分区的温度是不同的;在同一分区内，构件所处的位置不同，构件不同表面的温度也有显著差异。

图2-27　国际标准升温曲线

2.5.2　火灾温度的实际判定

火灾温度的实际判定常采用现场残留物判定、结构外观判定、结构烧损层厚度判定和超声波法判定。

1.现场残留物判定

现场残留物判定根据建筑物内材料的烧损情况判定建筑内各部位的温度。表2-9～表2-12给出了材料的燃烧特性。根据表中各种物质的燃烧特性，可分析判断室内混凝土构件所受的温度情况。现场调查时应特别注意室内顶棚处的温度情况。火灾时火势向上蔓延，顶棚处温度高，而且钢筋混凝土楼板的厚度较小，保护层薄，很多楼板又为预应力空心板，对火灾危害较为敏感。

表2-9　材料的变态温度

表2-10　材料的燃点

表2-11　常用塑料的软化点

表2-12　油漆烧损现象

2.构件外观判定

构件外观判定就是根据火灾后构件表面的颜色、开裂、脱落等外观特征判定火灾温度，见表2-13。

表2-13　不同温度下混凝土构件的外观特征

续表

3.构件烧损层厚度判定

火灾时温度越高，持续时间越长，构件内部的升温越高，其烧损层越厚。因此，可根据烧损层厚度判定火灾温度，见表2-14。烧损层的确定可用锤子去掉混凝土表面，检查混凝土颜色发生变化的深度。也可用超声波法检测烧损层厚度。

表2-14　火灾温度作用下混凝土构件烧损层厚度

4.超声波法判定

受火灾温度作用，混凝土会发生水分蒸发，水泥浆体疏松、脱水、分解，骨料晶体分解，开裂和强度降低等一系列变化。超声脉冲在火灾后混凝土中的传播速度必然比火灾前的低。因此，可以用超声波法测量和判断混凝土构件所受的温度和受损情况。因为影响超声波速度的因素很多，这种方法适用于区分火灾时的温度区域，在确定温度区域的基础上，再利用其他方法详细判定每一区域的温度。

2.5.3　火灾后混凝土结构的综合评定

根据火灾后混凝土结构的各种检测结果，可以对结构的受损程度进行综合评定。综合评定时可将混凝土结构构件按损伤程度分为危险构件、严重受损构件、中度受损构件和轻度受损构件四类，并采取相应的措施进行处理，见表2-15。

表2-15　火灾后混凝土构件的评估

混凝土结构剩余承载能力的计算，可根据构件承受温度的高低，求出混凝土和钢筋的强度折减系数，然后用现行的混凝土结构设计中的计算方法对承载能力进行分析。

1.混凝土强度丧失的评估

式中　fc(T)——不同温度时混凝土的抗压强度，MPa;

　　　fc——常温下的混凝土抗压强度，MPa;

　　　T——温度，℃。

2.钢筋强度丧失的评估

式中　fy(T)——不同温度时钢筋的抗拉强度，MPa;

　　　fy——常温下钢筋的抗拉强度，MPa;

　　　T——温度，℃。

值得一提的是，冷却方式对钢筋强度的影响是不一样的。通过炉内冷却、空气冷却、喷水冷却的对比试验，结果表明，20MnSi钢筋空气冷却与水冷却的强度都比炉内冷却时高。在实际应用时应根据火灾现场的具体情况加以考虑。

对于结构剩余承载力分析，也可利用热传导方程和升温曲线求出构件截面的温度分布，然后利用混凝土和钢筋高温作用下的本构关系和截面平衡条件对结构进行非线性分析，求出构件的剩余承载力。

2.6　结构构件变形检测

2.6.1　梁、板跨中变形检测

梁、板结构跨中变形测量的方法之一是在梁、板构件支座之间拉紧一根细钢丝或琴弦，然后测量跨中部位构件与细钢丝(或琴弦)之间的距离，该距离即梁板构件的变形值。

采用水准仪测量梁、板跨中变形，其数据较为精确。具体做法如下。

(1)将标杆分别垂直立于梁、板构件两端和跨中，通过水准仪测出同一水准高度时标杆上的读数。

(2)将水准仪测得的两端和跨中的读数相比较即可求得梁、板构件的跨中挠度值

式中　f0，f1，f2——构件跨中和两端水准仪的读数。

用水准仪量标杆读数时，至少测读3次，并以3次读数的平均值作为构件跨中挠度值。

2.6.2　墙、柱和建筑物倾斜检测

墙、柱和整幢建筑物倾斜检测一般采用经纬仪，其主要步骤如下。

1.经纬仪位置的确定

测量墙体、柱以及整幢建筑物的倾斜时，经纬仪架设位置如图2-28所示，其中要求经纬仪至墙、柱及建筑物的间距l大于墙、柱及建筑物的宽度。

2.数据测读

如图2-29所示，瞄准墙、柱以及建筑物顶部M点，向下投影得N点，然后量出N—N'间的水平距离a。其中，M为建筑物顶部基准点(一般为墙角的最高处)，点M'为未倾斜前建筑物顶部基准点位置，点N'为墙角与经纬仪同高度的测点，点N为从M点垂直向下与经纬仪同高度的点，H'为经纬仪高度，H为建筑物顶部基准点至N'点的高度，a为N—N'间的水平距离，α为用经纬仪测量的M点垂直角，l为经纬仪至墙角的距离。以M点为基准，采用经纬仪测出垂直角角度α。

图2-28　经纬仪架设位置

图2-29　倾斜测量

3.结果整理

根据垂直角α，计算测点高度H。计算公式为

H=l tanα　　　　　　　　(2-32)

则墙、柱或建筑物的倾斜度

i=a/H　　　　　　　　(2-33)

墙、柱或整幢建筑物的倾斜量

Δ=i(H+H')　　　　　　　　(2-34)

根据以上测算结果，综合分析四个墙角的倾斜度及倾斜量，即可描述墙、柱或建筑物的倾斜情况。

2.7　结构性能检验的荷载试验法

2.7.1　挠度和裂缝宽度检验

在正常使用极限状态下，混凝土结构设计规范对受弯构件规定了最大挠度，对一般构件规定了最大裂缝宽度。因此，挠度和裂缝宽度的检验，就是进行正常使用荷载试验，实测构件的最大挠度和最大裂缝宽度，通过与规范的最大允许限值的比较做出结构性能评价。挠度测量常用的仪器有百分表、千分表、位移计，裂缝观测工具有放大镜、读数显微镜、裂缝标尺。挠度测量仪器既要在跨中最大挠度处布置，也要在支座处布置(图2-30)。当构件宽度大于600 mm时，挠度测点应沿构件中轴线两侧对称布置;对具有边肋的单向板，如大型屋面板，除应测量边肋的挠度外，还应测量宽度中央的最大挠度。仪器应固定在与试件独立的刚性支架上。挠度测量仪器量程的选择，应根据预估挠度值来确定，尽量使仪器的量程满足最大挠度的需要，尽可能避免因量程不够而中途调表。所有测量仪表应有计量部门定期检定的合格证书。

挠度和裂缝宽度检验，采用正常使用极限状态试验荷载值，根据结构构件控制截面上的荷载短期效应组合的设计值和试验加载图式经换算确定。正常使用短期试验荷载值

图2-30　受弯构件挠度测量测点布置

Qs=Gk+Qk　　　　　　　　(2-35)

式中　Gk——永久荷载标准值;

　　　Qk——可变荷载标准值。

试验结构构件的加载图式应符合计算简图，当试验条件受到限制、试验荷载的布置不能完全与设计的规定相符时，可采用控制截面上作用效应等效的荷载进行加载，但应考虑等效荷载对结构构件试验结果的影响。

在正式加载试验前，一般先进行预载试验，使结构进入正常的工作状态，人员各就各位，发现问题及时解决。预载试验的荷载量一般为分级荷载的1～2级，并不宜超过开裂荷载的70%。

试验荷载应分级施加，每级加载值不宜超过正常使用短期试验荷载值的20%，每级卸载值可取正常使用短期试验荷载值的20%～50%，每级卸载后的剩余荷载值宜与加载时的某一级荷载值相对应，以便于进行挠度、裂缝方面的比较。每级加载和卸载后的持荷时间不应少于10 min;达到正常使用短期试验荷载值时，持荷时间不应少于30 min;在持荷时间结束后，观测位移和裂缝宽度。全部卸载后还应经过变形恢复时间，才进行残余变形的量测。一般构件的变形恢复时间为45 min，新结构构件和大跨度构件为18 h。

1.受弯构件挠度分析及评定

布置在跨中及支座上百分表的示值变化，只是各位移测点的绝对位移，试验荷载产生的跨中挠度应是跨中位移减去支座沉降位移，按下式计算修正:

式中　fm——试验荷载产生的跨中挠度;

　　　um，ul，ur——试验荷载产生的跨中位移、左支座位移和右支座位移。

结构自重和加载设备对构件产生的挠度不能直接量测到，但却是挠度评定的组成部分，因此必须加以考虑，可由试验的荷载与变形关系推算得到。将试验荷载－挠度(P－f)曲线的初始线性段反向延伸(图2-31)，由比例关系求出自重挠度

式中　f0——跨中自重挠度的推算值;

　　　P1——试验荷载－挠度(P－f)曲线初始线性段上的某级荷载;

　　　f1——与P1对应的实测挠度值;

　　　P0——换算成与试验荷载形式相同的构件自重荷载值。

当试验采用等效荷载加载时，一般是个别控制截面上的试验弯矩或剪力与设计值等效，但内力图(弯矩图、剪力图)不相同，挠度并不等效，所以应对实测挠度进行荷载图式的修正:

f=(fm+ f0)φ　　　　　　　　(2-38)

修正系数φ按试验荷载图式的不同，将为不同值。

图2-31　受弯构件自重挠度的推算

荷载试验量测的挠度值是短期挠度实测值，不能反映结构在长期荷载作用下的徐变。当要将短期挠度实测值推算成长期挠度时，可按下式计算:

式中　——考虑荷载长期效应影响的实测挠度;

　　　——正常使用短期试验荷载值作用下的实测挠度，包括自重挠度并考虑荷载图式的修正;

　　　Ml——按荷载准永久组合计算的弯矩值;

　　　Ms——按荷载标准组合计算的弯矩值;

　　　θ——考虑荷载长期效应组合对挠度增大的影响系数，与纵向受压钢筋的配筋率有关，θ=1.6～2.0。

挠度检验满足规范要求的条件是

式中　［fs］——构件短期挠度允许值，按表2-16取值。

表2-16　受弯构件的允许挠度

注:1.如果构件制作时预先起拱，且使用上也允许，则在验算挠度时，可将计算所得的挠度值减去起拱值，预应力混凝土构件尚可减去预加应力所产生的反拱值;
2.表中括号中的数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件;
3.悬臂构件的允许挠度值按表中相应数值乘以系数2.0取用。

2.裂缝宽度量测及评定

量测正常使用短期试验荷载值作用下最大裂缝宽度，应在持荷时间结束以后。垂直裂缝的宽度应在构件的侧面相应于受拉主筋高度处量测，斜裂缝的宽度应在裂缝与箍筋或与弯起钢筋的交会处量测，无腹筋构件应在裂缝最宽处量测。

裂缝宽度检验满足规范要求的条件是

式中——正常使用短期试验荷载作用下，受拉主筋处最大裂缝宽度实测值;

［wmax］——构件最大裂缝宽度允许值，按表2-17取值。

表2-17　构件最大裂缝宽度允许值［wmax］

2.7.2　抗裂检验

在结构构件的抗裂试验开始加载前，应确定开裂试验荷载值。加载过程中，当荷载接近开裂试验荷载值时，应按每级荷载不大于该荷载值的5%进行分级，当达到开裂试验荷载而结构构件尚未开裂时，每级荷载下的持荷时间宜为10～15 min。

开裂试验荷载计算值根据结构构件的开裂内力计算值和试验加载图式经换算确定，其中开裂内力计算值按下式计算:

式中　——开裂内力计算值;

　　　Ss——荷载短期效应组合设计值;

　　　［vcr］——构件的抗裂检验系数允许值。

构件的抗裂检验系数允许值［vcr］按下式计算:

式中　σsc——荷载短期效应组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力;

　　　σpc——扣除全部预应力损失后在抗裂验算边缘的混凝土预压应力;

　　　ftk——混凝土抗拉强度标准值;

　　　γ——受拉区混凝土塑性影响系数。

结构构件的抗裂检验，关键在于观察或判别出第一条裂缝出现时的荷载值。垂直裂缝的观测位置应在结构构件的拉应力最大区段及薄弱环节，斜裂缝的观测位置应在弯矩和剪力均较大的区段及截面的宽度、高度等外形尺寸变化处，对预应力混凝土构件，还应观测预拉区和端部锚固区的裂缝出现。

初裂荷载的确定可采用放大镜观察法、荷载－挠度曲线判别法及连续布置应变计法。

放大镜观察法借助于放大倍率不低于四倍的放大镜，用肉眼观察裂缝的出现。当发现初裂时，确定初裂荷载的原则为:当在加载过程中初裂时，应取前一级试验荷载值作为初裂荷载实测值;当在规定的持荷时间内初裂时，应取本级荷载值与前一级荷载值的平均值作为初裂荷载实测值;当在规定的持荷时间结束后初裂时，应取本级荷载值作为初裂荷载实测值。

荷载－挠度曲线判别法取曲线上的斜率首次发生突变时的荷载值作为初裂荷载实测值。

连续布置应变计法是在构件表面拉应力最大的区段，全长范围内连续搭接布置应变计，监测应变值的发展，取任一个应变计的应变增量有突变时的荷载值作为初裂荷载值。

抗裂检验满足规范要求的条件是

式中　——构件的抗裂检验系数实测值。对于裂缝控制等级为一级的构件，它等于初裂荷载实测值与短期荷载组合值之比;对于裂缝控制等级为二级的构件，它等于初裂荷载实测值与长期荷载组合值之比;以上均包括自重。

2.7.3　承载力检验

承载能力极限状态是结构或构件达到最大承载力、疲劳强度或不适于继续承载的变形时的极限状态。在承载力试验过程中，当结构构件出现表2-18中的承载力极限的标志之一时，即认为结构构件达到承载力极限。各种极限标志发生或出现的时间有先后，《混凝土结构试验方法标准》(GB 50152—2012)规定，取首先达到某一极限标志时的最小荷载值，作为结构构件的极限荷载实测值。此时结构构件的最大内力作为该结构构件的承载力实测值。

确定极限荷载实测值的原则为:当在加载过程中出现承载力标志之一时，应取前一级荷载值作为极限荷载实测值;当在规定的持荷时间内出现承载力标志之一时，应取本级荷载值与前一级荷载值的平均值作为极限荷载实测值;当在规定的持荷时间结束后出现承载力标志之一时，应取本级荷载值作为极限荷载实测值。

进行结构构件的承载力检验，应确定承载能力极限状态试验荷载值，简称为承载力试验荷载值。加载过程中，当荷载接近承载力试验荷载值时，应按每级荷载不宜大于该荷载值的5%进行分级。细分荷载等级的目的，在于较准确地获得极限荷载实测值。

承载力试验荷载计算值根据结构构件达到承载能力极限状态时的内力计算值和试验加载图式经换算确定，承载能力极限状态时的内力计算值按下式计算:

式中　——当按设计规范规定进行检验时，结构构件达到承载力极限状态时的内力计算值，也可称为承载力检验值(包括自重内力);

　　　S——荷载效应组合设计值;

　　　γ0——结构构件的重要性系数，当建筑结构安全等级为一级、二级、三级时，分别取1.1、1.0、0.9;

　　　［νu］——构件的承载力检验系数允许值，按表2-18取值。

表2-18　承载力极限标志及［νu］

承载力检验满足规范要求的条件是

式中　——构件的承载力检验系数实测值，即承载力实测值与承载力荷载设计值的比值。

当设计要求按构件实配钢筋的承载力极限检验时，承载力检验满足要求的条件是

式中　η——构件的承载力检验修正系数，按下式计算:

式中　——按实配钢筋面积确定的构件承载力计算值;

　　　S——结构构件内力设计值。

2.8　建筑物倾斜和沉降观测

2.8.1　建筑物倾斜观测

建筑物主体的倾斜观测，应测定建筑物顶部相对于底部或各层间上层相对于下层的水平位移和高差，分别计算整体或分层的倾斜度、倾斜方向及倾斜速度。刚性建筑物的整体倾斜，也可通过测量沉降差来确定。

当建筑物或构件外部具有通视条件时，宜采用经纬仪观测。选择建筑物的阳角作为观测点，通常需对建筑物的各个阳角均进行倾斜观测，综合分析，才能反映建筑物的整体倾斜情况。

经纬仪测设位置如图2-28所示，经纬仪至建筑物的水平距离宜为1.5～2.0倍建筑物的高度。

如图2-32所示，经纬仪瞄准建筑物顶部的某特征点M，垂直向下投影，在经纬仪同高度得出投影点N，并从经纬仪中读出M点转至N点的夹角α，测量N点与建筑物上对应点的水平偏移距离Δ。

测量出经纬仪位置至N点的水平距离l。计算M、N点之间的高度H，见式(2-32)。

建筑物的倾斜角度

设N点到建筑物室外地面的高度为H'，则建筑物顶部观测点M的水平偏移

Δ'=θ(H+H')　　　　　　　　(2-50)

当建筑物或构件顶部与底部具有通视条件时，最简单的方法是吊垂球法。在顶部或其他观测点位置上，直接或伸臂悬挂垂球，垂球宜落入装有液体的桶中以便停止摆动，用直尺可测量出上部各观测点的水平偏移。倾斜观测应避开强日照和风荷载影响的时间段。

2.8.2　建筑物沉降观测

通过沉降观测可了解沉降速度，判断沉降是否稳定及有无不均匀沉降。对于现有建筑物，当邻近建筑物的周边新建房屋开挖基坑，大量抽取地下水，建筑物受损原因不明、怀疑与沉降有关时，应考虑对建筑物进行沉降观测。

图2-32　建筑物倾斜测量方法

建筑物沉降观测采用水准仪测定，其主要步骤如下。

1.水准点设置

水准基点可设置在基岩上，也可设置在压缩性低的土层上，但须在地基变形的影响范围之内。

2.观测点的设置

建筑物上的沉降观测点应选择在能反映地基变形特征及结构特点的位置，测点数不宜少于6点。测点标志可用铆钉或圆钢锚固于墙、柱或墩台上，标志点的立尺部位应加工成半球或有明显的突出点。

3.数据测读及整理

沉降观测的周期和观测时间，根据具体情况来定。建筑物施工阶段的观测，应随施工进度及时进行。一般建筑，可在基础完工后或地下室墙体砌完后开始观测。观测次数和时间间隔应视地基与加荷情况而定，民用建筑可每加高1～5层观测1次，工业建筑可按不同施工阶段(如回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体、设备安装等)分别进行观测，如建筑物均匀增高，应至少在增加荷载的25%、50%、75%和100%时各测1次。施工过程中如暂时停工，在停工时和重新开工时应各观测1次，停工期间，可每隔2～3个月观测1次。

建筑物使用阶段的观测次数，应视地基土类型和沉降速度大小而定。一般情况下，可在第一年观测3～4次，第二年观测2～3次，第三年后每年1次，直至稳定为止。砂土地基的观测期限一般不少于两年，膨胀土地基的观测期限一般不少于三年，黏土地基的观测期限一般不少于五年，软土地基的观测期限一般不少于十年。当出现建筑物基础附近地面荷载突然增减、基础四周大量积水、长时间连续降雨等情况时，均应及时增加观测次数。当建筑物突然发生大量沉降、不均匀沉降或严重裂缝时，应立即进行逐日或几日一次的连续观测，观测时应随时记录气象资料。

测读数据就是用水准仪和水准尺测读出各观测点的高程。水准仪与水准尺的距离宜为20～30 m。水准仪与前、后视水准尺的距离要相等。观测应在成像清晰、稳定时进行，读完各观测点后，要回测后视点，两次同一后视点的读数差要求小于±1 mm，记录观测结果，计算各测点的沉降量、沉降速度及不同测点之间的沉降差。

沉降是否稳定由沉降与时间关系曲线判断，一般当沉降速度小于0.1 mm/月时，认为沉降已稳定。通过沉降差的计算可判断建筑物不均匀沉降的情况。如果建筑物存在不均匀沉降，为进一步测量，可调整或增加观测点;新的观测点应布置在建筑物的阳角和沉降最大处。