河北建筑工程学院防灾专硕 河北张家口市 075000
摘要：总结了目前应用于古建木结构检测的几种无损检测方法，归纳了几种方法在检测应用中的局限性与不足，相较于现代建筑，古建筑木结构拥有其独特性，在检测鉴定过程中，要求在不破坏木结构的同时，对古建筑进行检测评估。提出将声发射技术应用于木结构无损检测中。
关键词：古建筑；木结构；无损检测；声发射
1 引言
古建筑中国几千年来留下的民族瑰宝，古建筑大体可以分为木结构和砖石结构两类。其中木结构由于易取材，质地轻，抗震性能好，在古代，被大量用于建筑上。经过长时间风雨侵蚀，木材出现腐朽，开裂，虫蛀等一些病害，使得木材力学性能大大下降，如果不及时采用一些检测方法进行鉴定，古建筑会有坍塌等风险，给我国文化遗产带来不可估量的损失。
本文基于古建筑木结构，总结了几种应用于古建木结构的无损检测方法，分析无损检测方法的局限性，为古建木结构无损检测提供科学依据。
2 无损检测技术概述
无损检测( Non-destructive Testing 简称 NDT)，故利用材料本身的性质和化学性质，在不破坏材料本身的前提下，通过间接测量其相关性质从而达到检测的目的。随着科技的不断进步，国内外学者对于无损检测技术做出了很大的贡献。Lee［1］最先将应力波技术应用于木材中。在1964年，在英国，通过利用应力波对一座屋顶为木结构的大厦进行无损检测，从而对大厦的损伤情况有了初步的了解，取得了良好的效果。安源等［2］利用无损检测技术对古建筑木结构的内部腐朽情况进行性检测。通过建立木柱三维仿真模型，然后利用利用阻抗仪技术对仿真模型验证，对木柱内部的腐朽情况有了一定的了解。张艳霞等［3］将应力波和阻抗仪技术应用到古建筑木结构无损检测中去，采用应力波微秒计和阻抗仪对贵州某村落的四栋单体古建筑中部分木构件进行无损检测，通过获取古建木构件弹模，剩余强度和腐朽分布等各项指标，验证了将应力波和阻抗仪技术应用到古建筑木结构安全检测的可行性，为古建筑木结构的安全评估、维护和修缮提供理论依据和技术支撑。
3 古建筑现有无损检测方法及局限性
3.1应力波法
应力波无损检测技术是一种常见的无损检测技术，将其应用于木材的缺陷检测取得了较好的效果。
应力波法的基本原理是是木材的一端受到敲击作用(机械作用) ，使其内部产生应力波(机械波) 的传播，通过 计时装置测定应力波在木材内部的传播时间，并根据 预先测得的应力波传播距离自动计算波速，最终通过 波速的变化来判断木材的性能，如腐朽、缺陷和动弹 性模量等。［4］应力波检测技术有两种，一种为横向应力波检测技术，一种为纵向应力波检测技术。横向应力波监测技术可以对内部出现的腐朽和空洞等病害进行检测，纵向应力波检测技术可以测定木材的动弹性模量，用于测定木材的强度。
应力波检测技术具有对木材力学性能检测和对木材内部腐朽，空洞鉴定的优点，大量实践表明，当木材产生裂缝时，应力波就会绕过裂缝，在使用应力波成像时，无法准确判断裂缝的大小和形状。再者在检测时，需要将应力波检测仪传感器前的钢钉插入木材中，通过外力敲击产生机械波，从而对木材进行检测，这样会造成古建筑木材表面的油漆层局部破损，影响古建筑美观和木材的力学性能。
3.2超声波法
超声波无损检测基本原理是在被测量固体的厚度与波长相比可忽略的情况下，沿材料长度方向传播的纵波的波速v与材料的密度ρ及材料的弹性 模量 E 的关系 E = ρv2。
［5］由于木材的力学破坏强度和弹性模量之间呈正相关的关系，因此通过产生波检测技术可以测出木材的声速，也可以利用超声波测定木材的强度。
超声波检测技术的原理和应力波单路径检测相似，其不同点在于应力波需要靠小锤锤击产生应力波，而超声波检测是通过传感器探头产生超声波进行检测，但是目前来说，木材与探头之间的耦合技术仍是需要解决的问题。同时超声波检测技术不能进行缺陷定位和定量的问题。
3.3皮罗钉 Pilodyn 技术
皮罗钉最早出现在瑞典，当时被用于木制电线杆的检测，后被应用于古建筑木结构和木材腐朽和虫蛀的检测。其基本原理是:以预先设好的能量( 由其中的压缩弹簧决定)将一个直径为2.0mm 或2.5mm的钢针射入被测试件中，射入深度范围一般在0～40mm之间，钢针射入的深度显示在仪器表面的一个标尺上，就是检测结果。［6］
由于皮罗钉技术对木材腐朽检测有着很好的效果，目前经常将该技术应用于木材腐朽检测中，但是此技术只能应用于木材表面检测，且需提前预知被检测健康树种的皮罗钉检测值，因而具有一定的局限性。
3.4声发射技术
声发射检测技术是一种被动无损检测技术，当结构受到外力作用发生断裂和破坏时，会产生一种瞬时弹性波，由于弹性波传递到传感器时产生振动，传感器将声发射信号转化为为电信号，通过对信号进行处理分析，了解木结构损伤情况，判断损伤程度，同时确定损伤位置。与其他无损检测技术不同，声发射无损检测技术是一种在线监测技术，可以对结构进行长时间连续监测，当结构将要发生破坏时可以损伤预警，并精确定位损伤源位置。
声发射检测技术目前较多应用于桥梁，容器等缺陷检测，目前，声发射技术应用于古建筑还未见研究，具有较好的发展前景。同时，声发射波容易受到环境的影响，因此，对声发射产生的波进行去噪处理，将噪声影响降到最低仍是需要解决的问题。
4 总结与展望
本文通过对几种常见的古建筑无损检测技术优劣性进行了总结，结果表明：古建筑检测鉴定方法得到快速发展，每种无损检测方法都有一定的局限性。其中声发射技术应用到古建检测中具有较好的发展前景，同时将几种无损检测技术配合使用，克服各自的局限性，将各自的优点最大化发挥，也将成为古建无损检测的发展趋势。
参考文献：
[1] Lee I D G．Ultrasonic pilse velocity testing considered as a safety measure for timber structures ［A］．Proceedings of second symposium on nondestructive testing of wood ［C］．Spokane: Washington State University，1964: 185－205
[2]安源，殷亚方，姜笑梅，等．应力波和阻抗仪技术勘查 木结构立柱腐朽分布［J］．建筑材料学报，2008，(4):457－463
[3]张艳霞,王彦,张国军,管志忠.应力波和阻抗仪技术在古建筑木结构检测中的应用[J].工程抗震与加固改造,2019,41(01):145-151+157.
[4]杨学春，王立海．木材应力波无损检测研究［M］．北京:科学出版社，2011
[5]马德云,宋佳,左勇志,张密,郝梦瑶,刘云龙,南锟,魏越.古建筑木结构安全性检测鉴定方法综述[J].建筑结构,2017,47(S1):983-986.
[6]黄荣凤，伍艳梅，李华，等．古建筑旧木材腐朽状况皮罗钉检测结果的定量分析［J］．林业科学，2010，46 ( 10):114-118