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名称：《古建筑木构件内部腐朽与弹性模量应力波无损检测规程 GB/T 28990-2012 》
编号： GB/T 28990-2012
发布日期：2012年12月31日
施行日期：2013年06月01日
发布部门：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会

1 范围

    本标准规定了对古建筑木结构的木构件内部腐朽与弹性模量进行应力波无损检测的测试方法与步骤等。
    本标准适用于古建筑木结构维修与维护勘察时使用。

2 规范性引用文件

    下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
    GB／T 1933-2009 木材密度测定方法
    GB／T 20737-2006 无损检测 通用术语和定义
    GB／T 59452-2008 古建筑防工业振动技术规范

3 术语和定义

    GB／T 20737-2006、GB／T 50452-2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3．1
    古建筑 historic building
    历代留传下来的对研究社会政治、经济、文化发展有价值的建筑物。
    [GB／T 50452-2008，定义2．1．1]

3．2
    古建筑木结构 historic timber structure
    以木材为承重骨架的古建筑结构。
    [GB／T 50452-2008，定义2．1．3]

3．3
    木构件 wooden structure member
    用于古建筑木结构上的木材组件，如柱、梁、檩等。

3．4
    无损检测 non-destructive evaluation
    以不损害预期实用性和可靠性的方法来检查材料或零部件，其目的是为了：探测、定位、测量和评定伤；评价完整性、性质和构成；测量几何特性。
    [GB／T 20737-2006，定义2．20]

3．5
    木材应力波无损检测 non-destructive evaluation by stress wave method ef wood
    采用应力波仪器，在不破坏木材本身的前提下，使木材产生应力波并在木材内部传播，通过测定应力波的传播时间，计算其传播速度，来评估木材腐朽、计算木材弹性模量的方法。

3．6
    木构件内部腐朽 interior decay of wood
    木构件受木腐菌侵害所形成的心材(或熟材)部分的腐朽。

4 木材应力波无损检测原理、仪器和工具

4．1 原理

4．1．1 木材应力波无损检测技术分类
    木材应力波无损检测技术分为横向应力波技术和纵向应力波技术两类，其中横向应力波技术主要用于检测木材内部是否含有腐朽或孔洞等缺陷；而纵向应力波技术则主要用于测定木材的弹性模量，评估木材的力学强度。

4．1．2 横向应力波技术检测木材内部腐朽的原理
    横向应力波技术检测木材内部腐朽和空洞缺陷的原理示意图见图1。它是通过检测木构件不同部位在垂直于木材纹理方向的应力波传播速度，并与同种木材健康材应力波横向传播速度进行比较，根据应力波传播速度的衰减率来确定木构件的内部腐朽状况。


图1 木材横向检测的原理示意图
4．1．3 纵向应力波技术检测木材弹性模量的原理
    纵向应力波无损检测技术测定木材弹性模量的原理示意围见图2。测定应力波传播的时间和距离，由式(1)计算应力波在木材中的传播速度：
    式中：
        v——应力波的传播速度，单位为米每秒(m／s)；
        l——应力波测定仪两传感器之间的距离，单位为米(m)；
        t——应力波测定仪记录的时间，单位为微秒(μs)。
    木材弹性模量(MOE)计算可按照式(2)进行：
    式中：
        MOE——木材弹性模量，单位为兆帕(MPa)；
        ρ——木材的基本密度，单位为克每立方厘米(g／cm³)；
        v——应力波的传播速度，单位为米每秒(m／s)。


图2 木材纵向检测的原理示意图
4．2 应力波无损检测仪器与工具
    应力波无损检测仪器与工具有：
    a) 应力波无损检测仪：仪器测定记录时间至少为微秒(μs)级；
    b) 木材含水率快速测定仪：测量含水率测量范围应为0～50％，测量精度±1．5％；
    c) 游标卡尺，精度0．02mm；
    d) 卷尺，精度1mm；
    e) 记号笔。

4．3 古建筑木构件应力波无损检测技术应用选择
    木材横向应力波技术可用于检测古建筑木构件内部腐朽，纵向应力波技术可用于检测古建筑木构件的弹性模量。

5 古建筑木构件内部腐朽的应力波无损检测程序

5．1 确定木构件的检测部位及数量
    根据木构件的种类(如：柱、梁、檩、椽等)、高度(或长度)以及表面腐朽状况，对不同木构件确定不同的检测部位与间距。如对于柱材，一般在基部1．0m范围内，每隔20cm选择一个检测部位；在1．5m以上部位，则可以每隔1．0m选择一个检测部位。如果肉眼观察发现沿柱身方向有明显腐朽区域，则可在该区域适当增加检测点的数量。
    对于其他类型的木构件，可参照上述方法确定检测部位及数量。

5．2 确定木构件的检测方向

5．2．1 对于横截面为圆形的柱或檩，每个检测部位最少进行3个方向的检测，如每隔120°角的方向各检测一次，如图3所示。对于多通道应力波设备可按照仪器使用说明一次进行最少3个方向的测定。


图3 圆形截面检测方向示意图
5．2．2 对于横截面为方形的梁或檩，先沿两个对角线方向各检测一次，再沿截面长边的中部检测一次，即每个检测部位需要检测3个方向，如图4所示。对于多通道应力波设备可按照仪器使用说明一次进行多个方向的测定。


图4 方形截面检测方向示意图
5．2．3 对于横截面不规则的木构件，参照5．2．1、5．2．2中规定的检测方向，自行确定。

5．3 检测步骤

5．3．1 用木材含水率快速测定仪检测待测木构件的各个检测部位的含水率，每个检测部位需要测定3次，取平均值作为该检测部位的含水率。

5．3．2 用卷尺测定木构件的长度，按照5．1中的原则确定需要检测的部位，并用记号笔或粉笔标出。

5．3．3 按照所用应力波无损检测仪的使用说明，用同一相同重量的锤子，将应力波无损检测仪的两个探针连接在仪器上，需要特别注意的是不能将启动探针(start transducer)和终止探针(stop transducer)相混淆。

5．3．4 用游标卡尺或适应的量具测定两探针之间的木材横向间距，作为应力波的横向传播距离，记为l_f。

5．3．5 打开应力波无损检测仪，用同一相同重量的锤子，敲击启动探针，当终止探针接收到应力波信号时，仪器屏幕上会显示应力波传播时间，按照应力波无损检测仪要求，记录传播时间读数，以3次所得读数的平均值作为检测的传播时间结果，记为t_f。

5．3．6 依次测定每个检测部位其他检测方向的应力波传播距离l_f和传播时间t_f，然后按顺序对待测木构件的所有检测部位进行测定。

5．3．7 按照式(1)计算每个检测方向以及检测部位的应力波传播速度v_f。并将上述所有现场测试数据记录在附录A中。

5．4 木构件内部腐朽状况的判断

5．4．1 根据木构件不同检测部位的应力波传播速度，参照同种木材健康材应力波横向(径向)传播速度的参考值(附录B)，确定整个木构件的内部腐朽状况。同一本构件的不同检测部位，应力波的传播速度越小，该部位的腐朽越严重。通常情况下，当应力波传播速度减少23％时，就意味着木材强度损失达到50％；当应力波传播速度减少35％时，就意味着木材遭到了严重损害。
    同时，为提高应力波无损检测的准确性，还应配合其他木材无损检测技术如皮螺钉(PILODYN)技术、超声波无损检测技术等的测定结果，综合考虑木构件部位、含水率大小等因素，对获得的应力波数据进行木材内部腐朽的综合判定。

5．4．2 对来列入附录B中的木材树种检测时，需要查找对应的健康材应力波传播速度资料。如果未找到时，应在古建筑木结构同种木材木构件其他健康材部位测定相应数据，作为健康材应力波传播速度；或者，根据古建筑木构件的树种鉴定结果，按照本标准规定的应力波无损检测方法和程序，对同种木材健康材进行应力玻无损检测，获得同种木材健康材的应力波传播速度数据，然后再按照5．4．1规定进行古建筑木构件的内部腐朽状况判断。

6 古建筑木构件弹性模量的应力波无损检测程序

6．1 确定木构件数量
    根据古建筑木结构木构件的种类，分别对房椽、檩、柱、大梁等木构件弹性模量进行检测。每个古建筑每种木构件的检测数量根据检测目的和现场情况由检测者自己确定。

6．2 确定木构件的检测方向
    沿木材顺纹方向对木构件弹性摸量进行检测，每个木构件弹性模量检测1次。

6．3 检测步骤

6．3．1 按照5．3．1、5．3．3、5．3．2的步骤，安装应力波无损检测仪检测探针，用卷尺测定木构件的长度。用含水率快速测定仪检测待测木构件的含水率，一般在木构件的靠近两端和中间部位各拉测一次，取平均值作为该检测部位的含水率。

6．3．2 用同一重量的锤子将应力波无损检测仪器的两探针按照与木材顺纹夹角呈45°的方向固定在一条直线上，两探针的间距应不少于1．0m。用卷尺测定两探针的间距(即应力波的纵向传播距离)，记为l_m。

6．3．3 打开应力波无损检测仪，按照仪器说明，用同一重量的锤子敲击启动探针，记录应力波传播时间，以3次所得读数的平均值作为该次检测的传播时间记录结果，记为t_m。

6．3．4 根据式(1)计算应力波纵向传播速度v_m，并将上述所有现场测试数据与计算数据记录在附录C中。

6．3．5 对检测过的木构件，应在检测部位附近截取一定尺寸的含水率木材试样3块或采用生长锥钻取木芯作为试样，进行实验室木材基本密度测定。

6．4 结果计算

6．4．1 将现场取的木材密度试样，按照GB／T 1933-2009的规定，采用排水法测定木材密度ρ。

6．4．2 根据式(2)计算木构件弹性模量(MOE)。木材密度测定与木材弹性模量计算结果记录在附录D中。

6．5 检测结果应用
    应力波无损检测获得的木构件弹性模量数据可用于古建筑木结构安全评估参考。

附录A 古建筑木构件内部腐朽应力波无损检测记录表

表A．1 古建筑木构件内部腐朽应力波无损检测记录表

附录B 健康材的径向应力波传播速度参考值

表B．1 健康材的径向应力波传播速度参考值

附录C 古建筑木构件弹性模量应力波无损检测记录表

表C．1 古建筑木构件弹性模量应力波无损检测记录表

附录D 古建筑木构件木材密度测定与木材弹性模量计算表

表D．1 古建筑木构件木材密度测定与木材弹性模量计算表

    注：附录D中的应力波传播速度平均值与附录C相同。

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