一种应力波与阻力仪配合使用检测古建筑木构件内部缺陷的方法[发明专利]

*CN101986150A*

(10)申请公布号 CN 101986150 A(43)申请公布日 2011.03.16

(12)发明专利申请

(21)申请号 201010506229.4(22)申请日 2010.10.14

(71)申请人中国林业科学研究院木材工业研究

所

地址100091 北京市海淀区东小府1号申请人北京市古代建筑研究所

北京林业大学(72)发明人陈勇平 李华 王天龙 韩扬

黎冬青 张涛 于子绚 刘秀英陈允适 金一光(51)Int.Cl.

G01N 29/06(2006.01)G01N 29/07(2006.01)

权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 3 页

(54)发明名称

一种应力波与阻力仪配合使用检测古建筑木构件内部缺陷的方法(57)摘要

本发明提供了一种应力波与阻力仪配合使用检测古建筑木构件内部缺陷的方法。首先，将应力波传感器均布于木构件的不同层面上，根据应力波传播的方向和速度的变化，可形成传感器所覆盖区域的图像，进而判断否存在缺陷，缺陷的种类和大致位置；其次，再根据阻力值做进一步的分析，对缺陷的形状和空间体量进行估算。本发明创造有如下优点和效果：(1)对古建筑结构中的木构件进行现场检测，可保持文物现状；(2)不会影响木构件的力学强度；(3)对内部缺陷判断，准确性高，速度快；(4)古建筑木构件内部空洞、裂缝、腐朽缺陷的准确检测，为木结构古建筑保护和修缮方案的制定提供可靠的数据支持。CN 101986150 ACN 101986150 ACN 101986151 A

权 利 要 求 书

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1.一种应力波与阻力仪配合使用检测古建筑木构件内部缺陷的方法，其特征在于：应力波传感器网状均匀布置于被检测的木构件上，一个应力波源产生应力波，其余传感器接收该应力波，根据应力波传播的方向和速度之间的关系，即可在网状布置的传感器所覆盖的区域形成图像，据此初步判定古建筑木构件内部是否存在缺陷及大致位置；之后再通过不同位置阻力仪的阻力值某一区间平均波峰的变化状况，进一步的分析和判断空洞、裂缝、腐朽缺陷的形状和空间体量；

2.根据权利要求1所述的一种应力波与阻力仪配合使用检测古建筑木构件内部缺陷的方法，其特征在于：古建筑木构件内部空洞主要存在于木构件的内部，当木构件应力波图的内部出现较深颜色的区域时，即可初步判定木构件内部存在缺陷的大致位置，当应力波图像颜色较深区间的阻力值平均波峰值为颜色较浅区间的阻力值平均波峰的30％及以下时，此颜色较深区间即为空洞，通过对阻力仪在不同位置的测定结果的综合分析，进而可估算空洞的形状和空间体量；

3.根据权利要求1所述的一种应力波与阻力仪配合使用检测古建筑木构件内部缺陷的方法，其特征在于：古建筑木构件的裂缝主要是始于木构件的边缘部位，并向木构件内部延续，边缘部位裂缝宽度较大，随裂缝向木构件内部的延续，裂缝的宽度逐渐减小，当木构件应力波图横截面存在颜色较深且为狭长区域时，即可初步判定木构件内部存在裂缝的大致位置，当应力波图像颜色较深区间的阻力值平均波峰值为颜色较浅区间的阻力值平均波峰的30％及以下时，此颜色较深区间即为裂缝，通过对阻力仪在不同位置的测定结果的综合分析，进而可估算裂缝的形状和空间体量；

4.根据权利要求1所述的一种应力波与阻力仪配合使用检测古建筑木构件内部缺陷的方法，其特征在于：古建筑木构件腐朽散乱分布于木构件的边缘部位和内部，当木构件应力波图出现较深颜色且为宽阔区域时，即可初步判定木构件存在缺陷的大致位置，当应力波图像颜色较深区间的阻力值平均波峰值为颜色较浅区间的阻力值平均波峰的30％～60％时，此颜色较深区间即为腐朽，通过对阻力仪在不同位置的测定结果的综合分析，进而可估算腐朽的形状和空间体量。

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说 明 书

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一种应力波与阻力仪配合使用检测古建筑木构件内部缺陷

的方法

技术领域

本发明涉及一种应力波与阻力仪配合使用检测古建筑木构件内部缺陷的方法，属

于木材科学与技术领域。[0002] 方法背景

[0003] 我国古建筑是以木结构为主的建筑体系，其主要承重构件柱、梁、檩、枋、椽等使用的都是木材。木材是含有可变水分的生物材料，在长期的使用过程中，容易受到菌、虫等生物的危害，引起木材腐朽和虫蛀，严重时会形成较大的空洞，使木结构的安全性受到威胁；另外，木构件内的水分散失，造成木构件干缩，由于干缩的不均匀性和木材结构的特殊性，也会在构件上形成裂缝。古建筑木构件的空洞主要出现在木材的髓心及附近位置，应力波和阻力仪检测分别如图1和图2所示；木构件裂缝主要出现在木材的径向上，是始于木构件的外缘部位，并向木构件中心延续，外缘部位裂缝宽度较大，随裂缝向木构件中心的延续，裂缝的宽度逐渐减小，应力波和阻力仪检测分别如图3和图4所示；木构件腐朽散乱分布于木构件的外缘部位和内部，应力波和阻力仪检测分别如图5和图6所示。当古建筑木构件存在空洞、裂缝、腐朽等缺陷时，对古建筑的安全性产生较大的影响，在严重的情况下，可能造成古建筑的歪斜、局部沉降，甚至倾倒，对民族传统文化的保存和传承造成不可估量的损失。因此，应该及早发现，并进行适当的和必要的处理。然而，在很多情况下，古建筑木构件的腐朽、空洞缺陷主要发生在其内部，尤其是古建筑中木柱的外部都进行了表面处理，木柱表面也被地仗所遮挡，是否存在裂缝也是无法直接看到。由于古建筑木结构不能轻易被拆解，因而必须在木结构古建筑修缮之前采用无损检测技术对古建筑木构件是否存在空洞、裂缝、腐朽的材质状况进行勘测，作为制定修缮保护方案的依据。经有关文献和资料检索，未发现相近似的古建筑木构件(木柱)中空洞、裂缝、腐朽缺陷现场检测与估算方法内容。

[0001]

发明内容

本发明的目的是，提供一种古建筑木构件中空洞、裂缝、腐朽缺陷现场检测方法，不仅可以现场相对较为准确地检测古建筑木构件中是否存在空洞、裂缝、腐朽缺陷，而且能判断和估算空洞、裂缝、腐朽缺陷的形状、位置和空间体量，从而为为古建筑修缮方案的制定提供支持。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：涉及一种古建筑木构件内部空洞、裂缝、腐朽缺陷的综合检测方法。首先，将应力波传感器均布于木构件的不同层面上，相邻传感器的连线平行，或者垂直于地面，形成网状均匀的布置，当以其中一个传感器为波源产生应力波，其余传感器接收该应力波，根据应力波传播的方向和速度之间的关系，即可在网状布置的传感器所覆盖的区域形成图像，据此初步判定古建筑木构件内部是否存在缺陷，存在缺陷的种类和大致位置；其次，再根据阻力值做进一步的分析，依据单位深度上阻力值波动频率的变化次数及波峰或波谷之间的差异状况，对缺陷的形状和空间体量进行估算。[0006] 本发明创造有如下有点和效果：(1)对存在于古建筑结构中的木构件进行现场检

[0004]

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说 明 书

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测，可保持文物现状；(2)利用该综合法检测木构件内部缺陷，不会影响该构件的力学强度；(3)先采用应力波做初步测定，再用阻力值做进一步检测木构件内部缺陷，准确性高，速度快；(4)古建筑木构件内部空洞、裂缝、腐朽缺陷的准确检测，为木结构古建筑保护和修缮方案的制定提供可靠的数据支持。

附图说明

[0007] 图1为应力波检测古建筑木柱存在空洞处的横截面图；[0008] 图2为应力波检测到空洞处的阻力仪横向阻力曲线图；[0009] 图3为应力波检测古建筑木柱存在裂缝处的横截面图；[0010] 图4为应力波检测到裂缝处的阻力仪横向阻力曲线图；[0011] 图5为应力波检测古建筑木柱存在腐朽处的横截面图；[0012] 图6为应力波检测到腐朽处的阻力仪横向阻力曲线图。

[0013] 实施例——以中国某木结构古建筑中直径约为360毫米金柱为检测对象，检测金柱内部存在的空洞为目标。首先，采用24个传感器的应力波进行初步检测，传感器布置在1个水平面上，平面布置为靠近柱基处，环绕金柱均匀安放24个传感器，形成网状均匀的布置，每敲击任一传感器，其余23个传感器均接受应力波，当24个传感器全部敲击完成后，使各个传感器之间形成应力波网，根据应力波的传播方向和速度的差异，即可初步形成测量范围金柱内部的图像，图1为应力波检测古建筑木柱存在空洞处的横截面图，由图可以发现，在金柱的中心部位，存在一个中心颜色为深色，边缘为浅色的区域，判断该位置存在一个空洞，通过图1并不能相对准确地判断空洞的大小和形状，仅能初步判定在该位置存在一个空洞；然后，根据应力波图像上呈现出空洞的初步特征，再采用阻力仪做进一步的检测，阻力仪探针的方向为横向并垂直与金柱，图2为该高度下阻力仪横向检测图，由图2可以发现，在探测的方向上，在从开始到探测深度为83毫米的区间内阻力值较高，阻力值波峰的平均值在220resi左右，此区间内的木材为健康材；在探测深度为83毫米处急剧下降，到242毫米处又急剧增加，探测深度在83毫米～242毫米的区间内，阻力值波峰的平均值在60resi左右，仅为健康材阻力值波峰的27％左右，说明在阻力仪探测的方向上从深度83毫米到242毫米之间空洞的宽度为159毫米；再选择不同的位置再进行阻力仪检测，得到不同位置空洞的宽度；将阻力仪检测的结果综合分析，即可更加相对准确的确定金柱在靠近柱基处空洞的大小和形状。再选择金柱不同高度处的横截面，再重复上述步骤，即可得到金柱在不同高度处空洞的大小和形状。最后，将金柱在不同高度处的空洞综合分析，得到相对准确的金柱内存在空洞的大小、形状和空间体量。

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图1

图2

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说 明 书 附 图

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图3

图4

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说 明 书 附 图

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图5

图6

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