專利名稱：一種應力波與阻力儀配合使用檢測古建筑木構件內部缺陷的方法
技術領域：
本發明涉及一種應力波與阻力儀配合使用檢測古建筑木構件內部缺陷的方法，屬 于木材科學與技術領域。方法背景
我國古建筑是以木結構為主的建筑體系，其主要承重構件柱、梁、檁、枋、椽等使用 的都是木材。木材是含有可變水分的生物材料，在長期的使用過程中，容易受到菌、蟲等生 物的危害，引起木材腐朽和蟲蛀，嚴重時會形成較大的空洞，使木結構的安全性受到威脅; 另外，木構件內的水分散失，造成木構件干縮，由于干縮的不均勻性和木材結構的特殊性， 也會在構件上形成裂縫。古建筑木構件的空洞主要出現在木材的髓心及附近位置，應力波 和阻力儀檢測分別如圖1和圖2所示；木構件裂縫主要出現在木材的徑向上，是始于木構件 的外緣部位，并向木構件中心延續，外緣部位裂縫寬度較大，隨裂縫向木構件中心的延續， 裂縫的寬度逐漸減小，應力波和阻力儀檢測分別如圖3和圖4所示；木構件腐朽散亂分布于 木構件的外緣部位和內部，應力波和阻力儀檢測分別如圖5和圖6所示。當古建筑木構件 存在空洞、裂縫、腐朽等缺陷時，對古建筑的安全性產生較大的影響，在嚴重的情況下，可能 造成古建筑的歪斜、局部沉降，甚至傾倒，對民族傳統文化的保存和傳承造成不可估量的損 失。因此，應該及早發現，并進行適當的和必要的處理。然而，在很多情況下，古建筑木構件 的腐朽、空洞缺陷主要發生在其內部，尤其是古建筑中木柱的外部都進行了表面處理，木柱 表面也被地仗所遮擋，是否存在裂縫也是無法直接看到。由于古建筑木結構不能輕易被拆 解，因而必須在木結構古建筑修繕之前采用無損檢測技術對古建筑木構件是否存在空洞、 裂縫、腐朽的材質狀況進行勘測，作為制定修繕保護方案的依據。經有關文獻和資料檢索， 未發現相近似的古建筑木構件(木柱)中空洞、裂縫、腐朽缺陷現場檢測與估算方法內容。

發明內容
本發明的目的是，提供一種古建筑木構件中空洞、裂縫、腐朽缺陷現場檢測方法， 不僅可以現場相對較為準確地檢測古建筑木構件中是否存在空洞、裂縫、腐朽缺陷，而且能 判斷和估算空洞、裂縫、腐朽缺陷的形狀、位置和空間體量，從而為為古建筑修繕方案的制 定提供支持。本發明的目的是這樣實現的涉及一種古建筑木構件內部空洞、裂縫、腐朽缺陷的 綜合檢測方法。首先，將應力波傳感器均布于木構件的不同層面上，相鄰傳感器的連線平 行，或者垂直于地面，形成網狀均勻的布置，當以其中一個傳感器為波源產生應力波，其余 傳感器接收該應力波，根據應力波傳播的方向和速度之間的關系，即可在網狀布置的傳感 器所覆蓋的區域形成圖像，據此初步判定古建筑木構件內部是否存在缺陷，存在缺陷的種 類和大致位置；其次，再根據阻力值做進一步的分析，依據單位深度上阻力值波動頻率的變 化次數及波峰或波谷之間的差異狀況，對缺陷的形狀和空間體量進行估算。本發明創造有如下有點和效果(1)對存在于古建筑結構中的木構件進行現場檢測，可保持文物現狀；(2)利用該綜合法檢測木構件內部缺陷，不會影響該構件的力學強 度；(3)先采用應力波做初步測定，再用阻力值做進一步檢測木構件內部缺陷，準確性高， 速度快；(4)古建筑木構件內部空洞、裂縫、腐朽缺陷的準確檢測，為木結構古建筑保護和 修繕方案的制定提供可靠的數據支持。


圖1為應力波檢測古建筑木柱存在空洞處的橫截面圖；圖2為應力波檢測到空洞處的阻力儀橫向阻力曲線圖；圖3為應力波檢測古建筑木柱存在裂縫處的橫截面圖；圖4為應力波檢測到裂縫處的阻力儀橫向阻力曲線圖；圖5為應力波檢測古建筑木柱存在腐朽處的橫截面圖；圖6為應力波檢測到腐朽處的阻力儀橫向阻力曲線圖。實施例——以中國某木結構古建筑中直徑約為360毫米金柱為檢測對象，檢測金 柱內部存在的空洞為目標。首先，采用24個傳感器的應力波進行初步檢測，傳感器布置在 1個水平面上，平面布置為靠近柱基處，環繞金柱均勻安放24個傳感器，形成網狀均勻的布 置，每敲擊任一傳感器，其余23個傳感器均接受應力波，當24個傳感器全部敲擊完成后， 使各個傳感器之間形成應力波網，根據應力波的傳播方向和速度的差異，即可初步形成測 量范圍金柱內部的圖像，圖1為應力波檢測古建筑木柱存在空洞處的橫截面圖，由圖可以 發現，在金柱的中心部位，存在一個中心顏色為深色，邊緣為淺色的區域，判斷該位置存在 一個空洞，通過圖1并不能相對準確地判斷空洞的大小和形狀，僅能初步判定在該位置存 在一個空洞；然后，根據應力波圖像上呈現出空洞的初步特征，再采用阻力儀做進一步的檢 測，阻力儀探針的方向為橫向并垂直與金柱，圖2為該高度下阻力儀橫向檢測圖，由圖2可 以發現，在探測的方向上，在從開始到探測深度為83毫米的區間內阻力值較高，阻力值波 峰的平均值在220resi左右，此區間內的木材為健康材；在探測深度為83毫米處急劇下降， 到242毫米處又急劇增加，探測深度在83毫米 242毫米的區間內，阻力值波峰的平均值 在60resi左右，僅為健康材阻力值波峰的27%左右，說明在阻力儀探測的方向上從深度83 毫米到242毫米之間空洞的寬度為159毫米；再選擇不同的位置再進行阻力儀檢測，得到不 同位置空洞的寬度；將阻力儀檢測的結果綜合分析，即可更加相對準確的確定金柱在靠近 柱基處空洞的大小和形狀。再選擇金柱不同高度處的橫截面，再重復上述步驟，即可得到金 柱在不同高度處空洞的大小和形狀。最后，將金柱在不同高度處的空洞綜合分析，得到相對 準確的金柱內存在空洞的大小、形狀和空間體量。
權利要求
一種應力波與阻力儀配合使用檢測古建筑木構件內部缺陷的方法，其特征在于應力波傳感器網狀均勻布置于被檢測的木構件上，一個應力波源產生應力波，其余傳感器接收該應力波，根據應力波傳播的方向和速度之間的關系，即可在網狀布置的傳感器所覆蓋的區域形成圖像，據此初步判定古建筑木構件內部是否存在缺陷及大致位置；之后再通過不同位置阻力儀的阻力值某一區間平均波峰的變化狀況，進一步的分析和判斷空洞、裂縫、腐朽缺陷的形狀和空間體量；
2.根據權利要求1所述的一種應力波與阻力儀配合使用檢測古建筑木構件內部缺陷 的方法，其特征在于古建筑木構件內部空洞主要存在于木構件的內部，當木構件應力波圖 的內部出現較深顏色的區域時，即可初步判定木構件內部存在缺陷的大致位置，當應力波 圖像顏色較深區間的阻力值平均波峰值為顏色較淺區間的阻力值平均波峰的30%及以下 時，此顏色較深區間即為空洞，通過對阻力儀在不同位置的測定結果的綜合分析，進而可估 算空洞的形狀和空間體量；
3.根據權利要求1所述的一種應力波與阻力儀配合使用檢測古建筑木構件內部缺陷 的方法，其特征在于古建筑木構件的裂縫主要是始于木構件的邊緣部位，并向木構件內部 延續，邊緣部位裂縫寬度較大，隨裂縫向木構件內部的延續，裂縫的寬度逐漸減小，當木構 件應力波圖橫截面存在顏色較深且為狹長區域時，即可初步判定木構件內部存在裂縫的大 致位置，當應力波圖像顏色較深區間的阻力值平均波峰值為顏色較淺區間的阻力值平均波 峰的30%及以下時，此顏色較深區間即為裂縫，通過對阻力儀在不同位置的測定結果的綜 合分析，進而可估算裂縫的形狀和空間體量；
4.根據權利要求1所述的一種應力波與阻力儀配合使用檢測古建筑木構件內部缺陷 的方法，其特征在于古建筑木構件腐朽散亂分布于木構件的邊緣部位和內部，當木構件 應力波圖出現較深顏色且為寬闊區域時，即可初步判定木構件存在缺陷的大致位置，當應 力波圖像顏色較深區間的阻力值平均波峰值為顏色較淺區間的阻力值平均波峰的30% 60%時，此顏色較深區間即為腐朽，通過對阻力儀在不同位置的測定結果的綜合分析，進而 可估算腐朽的形狀和空間體量。
全文摘要
本發明提供了一種應力波與阻力儀配合使用檢測古建筑木構件內部缺陷的方法。首先，將應力波傳感器均布于木構件的不同層面上，根據應力波傳播的方向和速度的變化，可形成傳感器所覆蓋區域的圖像，進而判斷否存在缺陷，缺陷的種類和大致位置；其次，再根據阻力值做進一步的分析，對缺陷的形狀和空間體量進行估算。本發明創造有如下優點和效果(1)對古建筑結構中的木構件進行現場檢測，可保持文物現狀；(2)不會影響木構件的力學強度；(3)對內部缺陷判斷，準確性高，速度快；(4)古建筑木構件內部空洞、裂縫、腐朽缺陷的準確檢測，為木結構古建筑保護和修繕方案的制定提供可靠的數據支持。
文檔編號G01N29/06GK101986150SQ201010506229
公開日2011年3月16日 申請日期2010年10月14日 優先權日2010年10月14日
發明者于子絢, 劉秀英, 張濤, 李華, 王天龍, 金一光, 陳允適, 陳勇平, 韓揚, 黎冬青 申請人:中國林業科學研究院木材工業研究所;北京市古代建筑研究所;北京林業大學