0 引言

　　我国传统木结构通常由梁、柱、榫卯节点和斗拱节点按特定营造法则建成^[1]，经长期服役后，木结构受外荷载、环境及微生物的共同作用产生不同程度的损伤^[2]，亟须进行修复和加固处理。

　　木结构检测是结构安全性鉴定、修复与加固的基础，常用检测方法包括有损检测、无损检测方法。近年来，无损检测方法不断发展^[2]，受到越来越广泛的关注，并积累一定研究成果。木结构检测内容主要包括木构件内部缺陷检测和木材强度等级确定。其中，木构件内部缺陷检测方法主要包括钻入阻抗法^[3,4,5]、应力波法^[6,7]和X射线法^[8]等。木材强度等级确定方法主要包括应力波检测法^[9]和超声波检测法^[10]等。目前，上述检测方法已应用于既有建筑木结构现场检测中，如李华等^[11]采用超声波技术现场确定北京大钟寺博物馆永乐大钟大型木结构钟架弹性模量，并给出木材强度变化规律;蔡乐刚^[12]以金刚道场西大殿大修前综合检测为例，对该建筑检测过程进行详细介绍;李德山等^[13]对故宫大高玄殿古建筑群木结构进行无损检测，确定构件残损情况及分布;刘能科^[14]对上海市某优秀历史建筑木构件进行全面检测，确定构件强度等级和缺陷范围，并基于检测结果开展房屋抗震鉴定。

　　为促进木结构无损检测研究成果在工程实践中的应用，并检验现有方法的可行性，以上海市某既有建筑木结构为例，采用多种无损检测方法对木构件、榫卯节点缺陷进行检测，并确定木材强度等级，为既有建筑木结构检测提供技术选择。

　　1 检测内容与方法

　　1.1 木构件缺陷

　　通过目测法和敲击法对木构件进行全数检测，初步确定木构件缺陷位置。根据DB31/T 901—2015《钻入阻抗法木材缺陷检测技术规程》^[15]，采用钻入阻抗法对易出现内部缺陷的部位和通过敲击法初步确定的含有缺陷部位进行检测。检测所用仪器为RESISTOGRAPH(series6)R650-EA型阻抗图谱仪(简称阻抗仪)，钻入深度根据木构件几何尺寸选取，钻入速度取为20mm/s。

　　1.2 榫卯节点缺陷

　　通过目测法对榫卯节点外观进行初步检测，然后采用内窥镜法对节点内部缺陷和损伤进行探测。

　　1.3 木材强度等级

　　采用超声波-阻抗仪综合法确定木材强度等级，首先在木构件横纹表面确定超声探头测点(探头间距取为500mm)，然后在相邻测点钻孔内放入超声波木材检测仪探头进行测试(见图1)，记录超声波声时，并计算超声波在木材中的传播速度。采用阻抗仪在测点附近进行测试，钻入深度宜≥30mm，确定钻入深度内阻力曲线均值。每个测点采样3次，与清样小试件对应的木材抗弯强度计算公式参考文献[16]，具体表达式为:

　　式中:f为花旗松抗弯强度(MPa);F为阻力曲线均值(Resi);v为超声波波速均值(km/s)。

　　图1 超声波检测法示意  

　　根据GB 50206—2012《木结构工程施工质量验收规范》^[17]的规定，确定木材强度等级。

　　2 检测结果分析

　　2.1 木构件缺陷检测结果

　　图2所示为典型开裂木柱缺陷检测结果，该木柱截面尺寸为200mm×200mm(长×宽)，高3.6m。目测发现木柱中下部存在1条纵向裂缝(见图2a)，为对比裂缝处和完好部位阻力曲线差异，分别对裂缝附近木材和裂缝下完好部位木材开展钻入阻抗法检测，钻入方向与表面裂缝宽度扩展方向垂直。由图2b,2c可知，开裂截面存在不同缺陷，如裂缝、腐朽等，钻入阻抗法能合理反映既有建筑木结构缺陷位置和几何尺寸。

　　图2 典型开裂木柱缺陷检测结果  

　　图3所示为受火后木柱缺陷检测结果，该木柱截面尺寸为130mm×130mm(长×宽)，高1.8m。为对比分析轻微炭化、严重炭化、完好部位阻力曲线差异，分别对上述部位木材开展钻入阻抗法检测，钻入方向与炭化层厚度方向一致。由图3b,3d可知，轻微炭化部位阻力曲线峰值并未显著降低，内部未炭化部位阻力曲线幅值与完好部位接近(峰值在300Resi附近波动，谷值在100Resi附近波动)。由图3c,3d可知，严重炭化部位阻力曲线峰值明显低于完好部位，内部未炭化部位阻力曲线幅值与完好部位接近(峰值在300Resi附近波动，谷值在100Resi附近波动)。

　　2.2 榫卯节点缺陷检测结果

　　图4所示为典型榫卯节点缺陷检测结果，由图4a可知，榫卯节点外观不存在缺陷。由图4b可知，影像显示内部无腐朽或虫蛀，榫头与卯口间隙较小。由图4c,4d可知，内窥镜法可测得榫头到梁、柱最外边缘的距离分别为26.16,43.13mm，表明内窥镜法可为节点受力性能精细化模拟分析提供依据。

　　图3 受火后木柱缺陷检测结果 

　　图5所示为受火后榫卯节点缺陷检测结果，由图5a可知，受火后卯口截面出现严重损伤。后期修复时对木梁进行替换，因此木梁未发生炭化。由图5b可知，卯口处已全部炭化。由图5c可知，当榫头和卯口接触面间隙较大时，内窥镜法可测得间隙为13.98mm。这表明内窥镜法可对榫卯节点内部损伤进行合理表征，且能获取此类节点细部几何尺寸。

　　2.3 木材强度等级确定结果

　　木材抗弯强度为46.3～59.2MPa(见表1)，且存在一定变异性。换算成含水率为12%的木材抗弯强度最小值为48.9MPa。结合木材树种(松木)进行判断，可知木材强度等级为TC11，表明超声波-阻抗仪综合法在木材强度等级确定中具有可行性。

　　图4 典型榫卯节点缺陷检测结果 

　　图5 受火后榫卯节点缺陷检测结果  

　　表1 木材强度测试结果 

　　表1 木材强度测试结果

　　3 结语

　　1)钻入阻抗法能合理反映既有建筑木结构缺陷位置和几何尺寸。

　　2)受火后木柱轻微炭化部位阻力曲线峰值并未显著降低，内部未炭化部位阻力曲线幅值与完好部位接近;严重炭化部位阻力曲线峰值明显低于完好部位，内部未炭化部位阻力曲线幅值与完好部位接近。

　　3)内窥镜法可对榫卯节点内部损伤进行合理表征，且能获取此类节点细部几何尺寸。

　　4)超声波-阻抗仪综合法在木材强度等级确定中具有可行性。