钢结构建筑检测鉴定与加固的发展与现状

钢结构建筑检测鉴定与加固的发展与现状

1.概述[ 1 ]

在竣工阶段对于钢结构建筑物的施工质量进行评定时或当钢结构建筑物由于某种原因不能满足某项功能的要求或对满足某项功能的要求产生怀疑时，就需要对钢结构建筑物的整体结构或某些构件进行检测。当判定被检结构存在安全隐患时，就应该对其进行加固处理，或者拆除。

过去，钢结构建筑结构检测、加固的重点主要是面对旧厂房或者钢结构桥梁，但近十年来，在大型体育场馆、展览馆、机场、码头、火车站等公共建筑中，采用钢网架作为大跨度屋盖结构的愈来愈多。钢网架的检测受到普遍重视。针对该类结构的组件都是薄壁管、钢球和高强螺栓等特点，在实验研究和总结经验的基础上，我国编制了具有行业特色的《网架结构工程质量检验评定标准》（JGJ78-91）和《螺栓球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》(JG/T3034.2-1996)及《焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》（JG/T3034.1-1996）三本行业标准，这也标志着我国的钢结构建筑检测鉴定步入一个新的时代。其实，无论是新或旧钢结构构筑物都存在着检测、加固的问题，故而钢结构建筑结构检测、加固的工作便也越来越多。一般来说，在下列情况下要对钢结构建筑物进行检测、鉴定和加固：

(1)设计不周或有误：如对工程地质、水文地质尾部和地基情况了解不全，地基承载力估计过高，漏算或少算作用于结构上的荷载。设计人员受力分析概念不清，结构内力计算错误。钢结构设计截面强度等级低于使用要求，或设计连接方法不当，造成承载力不足。

(2)施工质量低劣：如钢结构建筑构件有焊缝不符合要求等缺陷，钢结构构件涂装不当局部或整体产生锈蚀，截面降低；或钢结构的焊接质量或焊缝高度达不到设计要求。

(3)使用或改造不当：如未经核算就在原有钢结构建筑结构上加层或对其进行改造，造成原有钢结构承载力不足，使用过程中任意改变用途加大荷载或随意拆除承重构件。

（4）使用环境影响：如结构长期受到高温、振动、酸、碱、盐、杂散电流等不利因素作用，引起钢结构建筑构件的腐蚀性和损伤等导致钢结构构件截面削弱，承载力下降或出现影响使用的变形。

(5) 超期服役：钢结构构筑物年久失修致使结构产生变形或破坏，不能满足当前的使用要求或安全度不足。

(6)由于各种灾害事件的影响使钢结构构件产生变形、扭曲、伤残、凹陷等，致使构件截面削弱，杆件翘曲，连接开裂等。

(7)需要对加固后过钢结构建筑进行进一步维护、保护。

钢结构建筑试验检测技术是以相应现行规范为根据、以实验为技术手段，测量能反映钢结构或钢构件实际工作性能的有关参数，为判断结构的承载能力和安全储备提供重要依据。钢建筑结构试验检测不仅对新建钢结构工程安全性能的评定起重要作

用，而且对于危旧钢结构的更新改造、受损钢结构的加固修复等提供直接的技术参数。

2.浅谈钢结构建筑的检测与鉴定[ 1 ]

与混凝土结构和砌体结构相比，工程建设中钢结构建筑的数量相对较少，加之冶金、机械、交通、航空、石油、化工等工业部门对钢材物理力学性能、内部缺陷、焊缝探伤等检验方法比较完善，因而其检验测试技术发展之路基本是借鉴学习国内其他行业的先进方法，如焊缝和钢材的超声波探伤方法、射线探伤方法、磁粉探伤方法和渗透探伤方法等。

由于钢结构的材质均匀，因此具有强度、塑性与韧性均能较方便地进行测试的优势。钢结构建筑检测工作包括的内容比较多，一般有构成钢结构建筑构件的钢材的力学性能检测、钢结构建筑结构的构造措施检测、钢结构建筑结构构件尺寸检测、节点处螺栓焊缝强度质量检测、钢结构建筑结构及构件的失稳和变形情况检测及钢结构建筑结构性能实荷检测等。对某些特殊的钢结构建筑的结构或构件为获得其结构整体受力性能或构件承载力、刚度或稳定性能，可进行结构或构件的整体性能的静力实荷检验。对某些重要钢结构建筑和大型的公共用钢结构建筑还可进行结构的动力测试。其中静力实荷检验可分为使用性能检验、承载力检验和破坏性检验。使用性能的检验主要用于验证结构或构件在规定荷的作用下不出现过大的变形和损伤，结构或构件经过检测后还必须满足正常使用要求。承载力检验主要用于验证结构或构件的设计承载力。破坏性检验主要用于确定结构或模型的实际承载力。目前广泛应用的对钢结构建筑构件材料及连接焊缝或螺栓质量检测方法是磁粉探伤方法、射线探伤方法和超声波探伤方法，他们都是无损检测方法[1 ]。

（1）磁粉探伤方法[ 3 ]

在漏磁原理基础上建立的磁力探伤方法就是磁粉探伤。其原理是借助于仪器检测来显示铁磁材料及其制品的缺陷问题。当磁力线穿过铁磁材料及其制品时，在其(磁性)不连续处将产生漏磁场，形成磁极。此时浇上磁悬液或者撒上干磁粉，磁极就会吸附磁粉，产生甚至用肉眼就能直接看见的明显磁痕。磁粉探伤法可探伤露出表面、用肉眼或借助于放大镜的帮助也无法直接看到的微小缺陷，同样也可通过仪器探测没有露出表面，埋藏在表面下几毫米的近表面缺陷。虽然用这种方法也能对气孔、夹杂、未焊透等体积型缺陷进行探查，但是对于面积型缺陷的探查则更为灵敏，所以适于检查因锻造、铸造、淬火、轧制、焊接、磨削、涂装、疲劳等引起的裂纹。

其实用磁力探伤仪检测缺陷的方法有多种，比如有利用磁粉显示的，也有不用磁粉显示的。不用磁粉显示的，我们在习惯上称为漏磁探伤，它常借助于感应线圈、磁敏管、霍尔元件等来反映缺陷，它比起磁粉探伤要更加环保，但没有前者直观。由于目前磁力探伤主要用磁粉来显示缺陷，用磁粉显示的称为磁粉探伤，因为它的操作简单、显示直观、人们乐于使用，所以它是最常用的方法之一。

（2）射线探伤方法[ 3 ]

利用射线的穿透性来探伤的方法就是射线探伤。常用于探伤的射线有同位素发出的γ射线和X光，我们分别称为γ射线探伤和X光探伤。虽然这些射线不会像可见光

那样只凭借肉眼就能直接观察，但是它可以让照相底片感光，也可用特殊的接收器来接收。当这些射线穿过(照射)的结构构件时，穿过的该构件密度越大，射线强度减弱得就越多，也就是射线能穿透过该物质的强度就越小。此时，如果用照相底片进行接收，则底片的感光量就小;如果用仪器来接收，获得的信号就弱。所以，用射线来照射待探伤的构件时，如果其内部有气孔、夹渣等缺陷存在，射线穿过有缺陷的路径比起穿过没有缺陷的路径所透过的物质密度要小上许多，那么其强度也就减弱得多。射线透过的构件材料密实则强度会较大些，若用底片接收，则感光量就大些，就可以从底片上反映出缺陷垂直于射线方向的平面投影，若用其它接收器也同样可以用仪表来反映缺陷垂直于射线方向的平面投影和射线的透过量。综上所述，在一般情况下，射线探伤是不容易发现裂纹的，也可以说，射线探伤对裂纹是不怎么敏感的。因此，射线探伤对气孔、夹渣、未焊透等体积型缺陷最敏感。射线探伤适宜用于探伤体积型缺陷，而不适宜用于探伤面积型缺陷，即适用于焊缝、板材内部气孔、夹渣检查等情况，比磁粉探伤灵敏。

（3）超声波探伤方法[ 3 ]

我们的耳朵能接收到的声波频率范围通常是20Hz到20kHz，即音(声)频。次声波就是频率低于20Hz，而超声波就是频率高于20kHz。建筑工业上常用数兆赫兹超声波来探伤。超声波频率高，易于在固体中传播，且传播的直线性强，并且遇到两种不同介质形成的界面时易于反射，这样就可以用它来进行探伤。通常将超声波探头与待探工件表面良好的接触，探头便可有效地向待测工件发射超声波，同时能接收(缺陷)界面反射过来的超声波，然后转换成电信号，再传输给仪器进行超声波探伤仪的检测。根据超声波在介质中传播的速度(常称声速)和时间来看，就可以得知缺陷的位置。缺陷越大，则反射面越大，其反射的能量也就随之越大，所以可根据反射能量的大小来查出各缺陷(当量)的大小。目前在我国，焊接的内部缺陷及分级应当符合《钢焊接手工超声波探伤方法和探伤结果分级》（GB11345-89）的规定，这也使钢结构的无损检验工作向前推进了一大步。常用的探伤波形有表面波、纵波、横波等，表面波适用于探测内部缺陷，纵波和横波适用于探测表面缺陷，但对表面的条件要求较高。超声波探伤方法使用于焊缝、板材内部裂纹检查比射线灵敏、方便。

3.钢结构建筑的加固方法[ 2 ]、[ 4 ]

3.1钢结构建筑的加固方法概述

钢结构建筑的主要方法有：减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，也可采用其他的加固方法。经鉴定需要加固的钢结构，根据损害范围一般分为局部加固和全面加固。局部加固是对某承载能力不足的杆件或连接节点处进行加固，有增加杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接节点加固法。全面加固是对整体结构进行加固，有不改变结构静力计算图形加固法和改变结构静力计算图形加固法两类。增加或加强支承体系承载能力，也是对结构体系加固的有效方法。钢结构的加固技术措施主要有三种：截面补强法：在局部或沿构件全长以钢材补强，连成整体使之共同受力；改变计算简图：增设附加支承，调整荷载分布情况，降低内力水平，对超静定结构支座进行强迫位移，降低应力峰值；预应力拉索法：利用高强拉索加固结构薄弱环节或提高结构整体承载力、刚度和稳度。