目前,我國已進入工程建設改造和新建并重的重要發展階段,其中,相當一部分既有鋼結構建筑已進入功能退化期甚至出現安全性失效風險。如何確定既有鋼結構建筑是否安全可靠,對既有鋼結構建筑進行檢測、對其可靠性進行科學的鑒定評估?同濟大學土木工程學院教授、博士生導師,鋼結構理論與施工技術研究室主任羅永峰與同濟大學土木工程學院博士研究生羅立勝針對既有鋼結構建筑鑒定評估的研究現狀撰寫了《既有鋼結構鑒定評估研究現狀》一文,本報自今日起將連續刊載,敬請關注。——編者
一、引言
隨著我國改革開放的持續推進和經濟的穩定增長,特別是材料科學、計算與設計方法、制作與安裝技術、施工技術的發展,鋼結構在我國應用越來越廣。然而,鋼結構在得到大力發展推廣的同時,由于自然環境因素、荷載作用以及邊界條件的改變等原因,使得結構系統在使用過程中產生缺陷、變形、損傷和抗力衰減、甚至導致工程事故。近年來,國內外都曾發生過不同類型、不同原因、不同程度的鋼結構質量事故,有些甚至造成鋼結構倒塌毀損,造成了嚴重的人員傷亡和經濟損失。2000年4月,湖南耒陽電廠大型儲煤庫空間結構在使用5年后由于環境腐蝕等原因發生倒塌事故;2002年9月,山西省某俱樂部觀眾廳網架發生整體垮塌事故;2003年,韓國濟州島某體育場在強風作用下倒塌;2004年5月,法國戴高樂機場2E候機廳發生坍塌事故;2005年7月,內蒙古新豐熱電有限責任公司機房發生坍塌;2006年2月,加拿大溫哥華2010年冬奧會穹頂在積雪與大風作用下發生坍塌;2008年2月,我國南方雪災導致大量加油站屋蓋坍塌。
目前,我國已經進入工程建設改造和新建并重的重要發展階段,其中相當部分既有鋼結構已進入功能退化期甚至出現安全性失效風險。基于目前的國情,將這部分既有鋼結構拆除后重建,勢必會造成極大的資源浪費,同時也會造成嚴重的環境問題。因此,合理利用和改造既有鋼結構才是一種可持續發展的正確戰略。為確定既有鋼結構是否安全可靠,就需要對既有鋼結構進行檢測并對其可靠性進行科學的鑒定評估,然后,根據鑒定評估結論進行合理必要的維修和加固,以提高既有鋼結構的安全性和延長結構壽命。因此,建立既有鋼結構鑒定方法與評定標準,具有重要的理論價值和工程實用意義。
對既有結構的檢測、可靠性評估以及加固技術等理論和技術的研究,已經逐漸成為建筑工程領域科學研究和工程界的熱點問題,許多專家學者和工程技術人員已經將注意力聚焦到該領域,在國外已經發展成為一項專門的研究學科。混凝土結構因其應用歷史悠久,結構數量多,因此,人們對既有混凝土結構的檢測、鑒定和安全性評定研究已較為成熟,國內外已經取得了大量的研究和應用成果。然而,鋼結構尤其是大型復雜鋼結構作為新型結構體系,應用時間較短,人們對于既有大型復雜鋼結構安全性評定的研究,國內尚處于起步階段,尚未形成完整系統的理論體系。本文根據國家標準《高聳與復雜鋼結構檢測與鑒定標準》編制過程中的研究課題,針對目前該領域的研究現狀,介紹部分具有價值的科研成果,最后列出目前該領域亟待解決且具有較高學術價值和實際工程意義的熱點課題。
二、既有結構鑒定評估發展歷史
對既有工程結構的檢測鑒定評估,自建筑結構誕生之時就存在,但由于當時的檢測技術手段落后以及缺乏系統理論指導,工程技術人員只能依據工程經驗對既有工程結構做出定性評估。直到上世紀40年代,隨著現代工程科學技術的發展以及數理統計理論在工程領域的應用,既有結構檢測鑒定才形成一門學科。國外自上世紀40年代至今,對既有結構鑒定評估研究大致可分為3個階段:
①探索階段。該階段大致從20世紀40年代到20世紀50年代末期,該階段的主要特點是注重對結構缺陷原因的分析和維修方法的研究。
②發展階段。該階段大致從20世紀60年代到20世紀70年代末期,主要特點是注重對結構檢測技術和評估方法的研究。這一階段出現了破損檢測、非破損檢測、物理檢測等幾十種現代檢測技術,也提出了諸如分項評價、綜合評價等多種評價方法。
③完善階段。該階段大致從20世紀80年代至今,主要特點是引入工程學科知識,獲取專家的個人知識研制專家系統;注重規范、評價標準的制訂,注重檢測手段、檢測技術的更新,強調綜合評判和宏觀經濟效果。
我國針對既有建筑物的鑒定評估研究工作始于文革之后。1976年,為配合唐山大地震之后的既有結構的鑒定加固,科研部門以及部分高校開展了相關的研究。自此之后,我國進行了系列研究,并陸續頒布了一系列規范。