0 引言

　　目前，绿色环保建筑材料研发和建筑行业可持续发展是全社会关注的焦点。竹材因具有低碳环保和轻质高强等优点，随着加工技术的不断进步，以胶合竹和重组竹为代表的工程竹逐渐在建筑领域中得到应用^[1]，且具有良好的耐久性，因此受到越来越广泛的关注。

　　国内外针对工程竹构件和节点力学性能的研究已积累丰富成果，如魏洋等^[2]开展新型竹梁受弯性能试验研究，确定竹梁主要破坏模式和跨中截面应变分布规律;Li等^[3]开展胶合竹柱轴压性能试验研究，发现短柱轴压承载力主要取决于材料强度，长柱轴压承载力与长细比密切相关;Leng等^[4]开展胶合竹梁柱螺栓节点转动性能试验研究，确定节点主要破坏模式，并建立节点弯剪承载力预测模型;周爱萍等^[5]开展重组竹-钢填板螺栓节点顺纹受拉试验研究，发现节点主要破坏模式包括螺栓受弯屈服和重组竹顺纹剪切破坏。

　　与构件和节点力学性能研究相比，工程竹结构检测研究相对有限。周先雁等^[6]开展基于超声波法和冲击回波法的工程竹弹性模量检测方法研究，发现2种方法组合使用后效果较好;许琪^[7]开展基于超声波法的重组竹力学性能参数预测方法研究，发现基于动弹性模量和密度的综合检测法能较好地预测重组竹抗压强度;彭冠云等^[8]开展基于CT扫描技术的工程竹密度预测方法研究，并建立竹材密度与CT值的函数表达式。但上述研究未涉及工程竹内部缺陷检测方法。

　　基于探地雷达的检测技术具有检测精度高、无损和操作简单等优点，得到广泛应用。肖夏阳等^[9]开展探地雷达识别树木内部缺陷试验研究，发现探地雷达对树木内部缺陷的识别分层误差率可控制在20%以内;邸向辉等^[10]探讨探地雷达在木材无损检测中应用的可行性，并给出电磁波数据处理方法。但上述研究未涉及竹结构。

　　综上所述，工程竹结构具有良好的应用前景，尚缺乏内部缺陷检测适用方法。因此，基于探地雷达开展工程竹试件内部缺陷检测试验研究，为工程竹结构检测评估提供可行方法，并为《工程竹结构检测技术规程》的编制提供技术依据。

　　1 试验概况

　　1.1 试件设计及制作

　　设计并制作6个含有缺陷的工程竹试件，试件J1为含有长260mm、宽12mm柱槽的胶合竹柱(见图1a)，截面尺寸为180mm×250mm(宽×高);试件J2为含有上下2列20mm螺孔的胶合竹柱(见图1b)，截面尺寸为180mm×250mm(宽×高);试件J3为中部含有边长75mm、深200mm长方体缺陷的胶合竹柱(见图1c)，截面尺寸为180mm×250mm(宽×高)，试件边缘采用完好截面的竹材试件进行拼接;试件C1为含有1列20mm螺孔的重组竹柱(见图1d)，截面尺寸为150mm×170mm(宽×高);试件C2为含有上下2列20mm螺孔的重组竹柱(见图1e)，截面尺寸为180mm×250mm(宽×高);试件C3为中部含有边长75mm、深200mm长方体缺陷的重组竹柱(见图1f)，截面尺寸为180mm×250mm(宽×高)，试件边缘采用完好截面的竹材试件进行拼接。

　　胶合竹密度和含水率分别为669kg/m³,7.4%，实测抗弯弹性模量和抗弯强度分别为13 180,128.6MPa。重组竹密度和含水率分别为1 140kg/m³,9.8%，实测抗弯弹性模量和抗弯强度分别为15 300,128.6MPa。

　　1.2 缺陷检测方法

　　采用Proceq GPR Live型探地雷达开展工程竹试件缺陷检测研究，探地雷达主要包括Proceq GPR Live探头和平板电脑，其中，探头用于发射和接收电磁波，平板电脑用于处理数据、确定缺陷位置。探头与平板电脑通过Wi-Fi传输数据。

　　图1 试件尺寸及缺陷  

　　探地雷达检测过程为:(1)对工程竹试件表面进行清理，将探头置于检测表面，激发天线和接收天线与试件表面的距离为15mm;(2)输入工程竹相对介电常数，确定电磁波在试件中的传播速度;(3)将激发天线和接收天线的间距调整为72mm，将电磁波发射机激发频率设为2.40GHz，并将发射电压设为20V，将数据采集处理系统采样率设为20GHz;(4)开启电磁波发射机，并通过激发天线在试件中激发电磁波，电磁波接收机通过接收天线接收电磁波反射波信号，将反射波信号保存至数据采集处理系统并显示，根据电磁波在介质中的双程走时计算介质反射面深度;(5)在各试件检测路径上进行自动扫描，数据采集处理系统采集反射波时域信号，根据介质反射面深度，基于小波变换和合成孔径算法实时显示电磁波幅值剖面，进而判断扫描位置是否存在缺陷，并确定缺陷深度。

　　2 试验结果

　　考虑竹材和木材材料性能较接近，因此各试件相对介电常数可参考已有研究成果^[9,10]，如表1所示。

　　表1 试件相对介电常数和增益值 

　　表1 试件相对介电常数和增益值

　　根据相对介电常数和增益值可进一步确定试件电磁波幅值剖面，如图2所示。由图2可知，柱槽、螺孔和长方体缺陷部位电磁波幅值与完好部位电磁波幅值差异较大，可用于工程竹缺陷判别。由图2b,2e可知，距检测表面较近的螺孔处电磁波幅值发生显著变化，距检测表面较远的螺孔处电磁波幅值与完好部位电磁波幅值较接近，表明探地雷达能检测出距检测表面较近的螺孔，但不能检测出距检测表面较远的螺孔。这主要因为大部分电磁波能量在距检测表面较近的区域发生反射，缺乏足够能量对更深处的缺陷进行检测。综上所述，在检测距离内存在多个类似于螺栓孔洞的缺陷时，探地雷达对距检测表面较近的缺陷较敏感。

　　根据图2可进一步确定各缺陷深度，如表2所示。由表2可知，探地雷达对螺孔缺陷深度具有良好的检测精度，检测误差绝对值<13.3%，满足工程精度要求;探地雷达能较好地检测长方体缺陷深度，检测误差绝对值<17.6%;探地雷达对柱槽缺陷深度的检测精度稍差，检测误差为-23.3%。这可能与工程竹密度变异性和试件胶合方式有关，后续将进一步研究工程竹密度和胶合方式对电磁波传导的影响。

　　图2 电磁波幅值剖面  

　　表2 缺陷深度  下载原图

　　表2 缺陷深度

　　3 结语

　　1)柱槽、螺孔和长方体缺陷部位电磁波幅值与完好部位电磁波幅值差异较大，可用于工程竹缺陷判别。

　　2)在检测距离内存在多个类似于螺栓孔洞的缺陷时，探地雷达对距检测表面较近的缺陷较敏感。

　　3)探地雷达对螺孔、长方体缺陷深度具有较好的检测精度，检测误差绝对值<17.6%，满足工程精度要求。