鋼結(jié)構(gòu)加固檢測(cè)技術(shù)研究

在我國(guó)的建設(shè)中經(jīng)常遇到為節(jié)省投資和時(shí)間，而重新利用結(jié)構(gòu)還比較完好、經(jīng)過(guò)處理加固可以投入使用的原有舊鋼結(jié)構(gòu)的施工工程。但由于這些舊鋼結(jié)構(gòu)使用的年份都可能比較長(zhǎng)、銹蝕損壞的程度也比較嚴(yán)重、原有鋼材的化學(xué)成分及力學(xué)性能也不清楚、而且都是帶著荷載進(jìn)行施工的，所以其施工難度較大、技術(shù)要求較高、危險(xiǎn)性也比較大，因此必須要掌握一整完整的檢測(cè)方法確定實(shí)用可行的施工方案及施工措施。本文從結(jié)構(gòu)檢測(cè)與鑒定的基本概念出發(fā)，分析了建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)與鑒定的對(duì)象，總結(jié)了建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)與鑒定的內(nèi)容及現(xiàn)有手段，并以具體案例分析研究了鋼結(jié)構(gòu)安全性檢測(cè)及加固措施。

目前我國(guó)的建筑業(yè)已步入第二發(fā)展階段的門檻，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高，建筑結(jié)構(gòu)的檢測(cè)和鑒定越來(lái)越引起人們的重視，而建筑鋼結(jié)構(gòu)由于鋼材的優(yōu)異性能，制作安裝的高度工業(yè)化以及結(jié)構(gòu)體形的新穎和靈巧，更是得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，然而，在鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用飛速發(fā)展的同時(shí)，國(guó)內(nèi)外都曾發(fā)生過(guò)許多不同類型、不同原因、不同程度的建筑鋼結(jié)構(gòu)工程事故，自然的鋼結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估更是研究的重中之重。

1、建筑鋼結(jié)構(gòu)工程事故破壞機(jī)理、檢測(cè)內(nèi)容

1.1 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程事故類型及破壞機(jī)理。

在實(shí)踐中鋼結(jié)構(gòu)事故類型最主要集中在穩(wěn)定性的破壞、疲勞破壞、脆性破壞和腐蝕破壞四種。破壞機(jī)理如下：鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)原因局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造、應(yīng)力集中、應(yīng)力幅等引起的鋼結(jié)構(gòu)疲勞問(wèn)題；低溫和動(dòng)載、材質(zhì)缺陷、鋼板厚度、應(yīng)力腐蝕、氫脆引起的脆性斷裂；腐蝕問(wèn)題有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等。

1.2 建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的內(nèi)容。

針對(duì)以上鋼結(jié)構(gòu)工程事故常發(fā)生的類型，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)內(nèi)容可分為三個(gè)部分：鋼結(jié)構(gòu)材料檢測(cè)、鋼結(jié)構(gòu)連接檢側(cè)（包括緊固件檢測(cè)和焊縫無(wú)損探傷）及鋼結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)。

建筑鋼結(jié)構(gòu)用材料又可分為三大類，即結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）用材料、結(jié)構(gòu)連接用材料（焊接用材料）及結(jié)構(gòu)防護(hù)用材料。鋼結(jié)構(gòu)材料檢測(cè)便是針對(duì)以上三類材料的檢測(cè)。

對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)連接的檢測(cè)，鋼結(jié)構(gòu)的連接有三種方式：緊固件連接、焊接連接和柳釘連接，其中柳釘已經(jīng)很少用，多被高強(qiáng)度螺栓連接所取代。焊接連接是最常用的連接方式，因而焊縫質(zhì)量的檢測(cè)是鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的主要內(nèi)容。

針對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)性能的檢測(cè)涉及面很廣，主要包括以下內(nèi)容和方法：

（1）結(jié)構(gòu)荷載及作用檢測(cè)。

（2）結(jié)構(gòu)形體及結(jié)構(gòu)損傷的測(cè)定。

（3）幼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及連接的強(qiáng)度檢測(cè)。

（4）結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的穩(wěn)定性核定。

（5）結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的剛度檢測(cè)。

（6）結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能檢測(cè)。

（7）結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂檢測(cè)。

（8）鋼結(jié)構(gòu)防腐防銹及抗火性能檢測(cè)。

2、建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的技術(shù)-無(wú)損檢測(cè)在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的技術(shù)，主要包括力學(xué)性能、理化分析、無(wú)損探傷、結(jié)構(gòu)性能等領(lǐng)域。其中鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)目前應(yīng)用最廣，主要應(yīng)用在以下幾方面：

2.1 焊接球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架

其整體結(jié)構(gòu)由鋼管桿件與空心鋼球焊接組成的，球桿焊縫和空心球焊縫是二級(jí)質(zhì)量焊縫，因此焊縫內(nèi)部質(zhì)量是保證網(wǎng)架安全主要因素，而焊縫質(zhì)量檢測(cè)采用超聲檢測(cè)。

2.2 螺栓球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架中的應(yīng)用。

螺栓球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架由螺栓球、高強(qiáng)度螺栓和桿件三個(gè)分體構(gòu)件組裝而成。螺栓球和高強(qiáng)度螺栓要進(jìn)行表面質(zhì)量檢測(cè)，一般采用水洗型著色滲透檢測(cè)；桿件焊縫要進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)，依據(jù)JGJ78采用超聲檢測(cè)。

2.3 在焊接鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用。

焊接H型門式鋼結(jié)構(gòu)由鋼柱和鋼梁焊拼而成，是常見(jiàn)的一種焊接鋼結(jié)構(gòu)。其中的全熔透焊縫內(nèi)部質(zhì)量要進(jìn)行超聲檢測(cè)。抽樣數(shù)量和方法，一級(jí)焊縫100%檢測(cè)，二級(jí)焊縫按每條焊縫長(zhǎng)度的20%且不小于200MM抽取。

2.4 在緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用。

廠房的H型門式鋼架和高層建筑的鋼骨架，大部分是分體鋼柱和鋼梁用高強(qiáng)度螺栓連接組裝的，是典型的緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)工程。其中的鋼柱和鋼梁的全熔透焊縫內(nèi)部質(zhì)量要進(jìn)行超聲檢測(cè)。

3、鋼結(jié)構(gòu)加固的方法

3.1 改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固。

改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)和邊界條件，增設(shè)附加桿件和支撐，施加預(yù)應(yīng)力，考慮空間協(xié)同工作等措施對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法。

3.1.1 鋼柱的加固。

3.1.1.1 增設(shè)支撐減少柱計(jì)算長(zhǎng)度。

3.1.1.2 將屋架與柱交接改為剛接，減少柱計(jì)算彎矩和計(jì)算長(zhǎng)度。

3.1.1.3 增加屋蓋支撐使排架柱可按空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

3.1.1.4 加強(qiáng)某柱列，使排架所受水平荷載主要由該列柱承擔(dān)，其他柱列卸載，減少加固工作量。

3.1.2 鋼梁的加固。

3.1.2.1 增設(shè)支柱或支撐以減少梁的跨度，提高梁的承載力。

3.1.2.2 增設(shè)拉桿施加預(yù)應(yīng)力。

3.1.2.3 將各單跨梁支座連接成連續(xù)梁，以減少跨中彎矩。

3.2 增大構(gòu)件截面的加固。

增大構(gòu)建截面的加固，大都采用增補(bǔ)鋼材的方法，此外也可對(duì)原構(gòu)件外包混凝土進(jìn)行加固。

3.2.1 鋼柱的加固可采用改變截面形式方式，來(lái)提高彎矩作用平面內(nèi)外的承載能力。

3.2.2 鋼梁加固，焊接組合梁和型鋼梁都可在翼緣板上加焊水平板，斜板或型鋼進(jìn)行加固，一般宜上下翼緣均加固，但當(dāng)有鋪板上翼緣加固困難時(shí)，亦可僅對(duì)下翼緣補(bǔ)強(qiáng)加固。對(duì)用于梁腹板抗剪強(qiáng)度不足的加固，當(dāng)梁腹板穩(wěn)定性不能保證時(shí)，往往采用設(shè)置加勁肋的方式。

3.3 連接和節(jié)點(diǎn)加固。

構(gòu)件的增補(bǔ)或局部桿件的替換，都需要適當(dāng)?shù)倪B接。加固的桿件必須通過(guò)節(jié)點(diǎn)加固才能參與原結(jié)構(gòu)工作，破壞了的節(jié)點(diǎn)需要加固。

3.3.1 原焊接連接的加固。

焊接連接的加固應(yīng)采用焊接，可采用增加焊縫長(zhǎng)度，加大焊縫高度或兩者同時(shí)進(jìn)行的方法實(shí)現(xiàn)，優(yōu)先考慮增加焊縫長(zhǎng)度。加固焊縫與原有焊縫連接時(shí)，施焊前應(yīng)對(duì)相接處原有焊縫進(jìn)行處理，使加固焊縫與原有焊縫之間有一平滑過(guò)渡，加固焊縫的起點(diǎn)和落點(diǎn)不得僅靠原有焊縫邊緣。

3.3.2 原鉚釘螺栓連接的加固。

鉚釘連接的加固宜用高強(qiáng)螺栓摩擦型連接；螺栓連接的加固也宜用高強(qiáng)螺栓。當(dāng)用焊縫加固普通螺栓或鉚釘連接時(shí)，應(yīng)按焊縫承受全部作用力設(shè)計(jì)計(jì)算其連接，不考慮兩種連接的共同工作，且不宜拆除原有連接件。

3.3.3 節(jié)點(diǎn)連接的擴(kuò)大。

當(dāng)原有連接節(jié)點(diǎn)無(wú)法布置加固新增的連接件或焊縫時(shí)，可考慮加大節(jié)點(diǎn)連接板或加輔助件，新增節(jié)點(diǎn)板應(yīng)牢靠地焊接在原節(jié)點(diǎn)板上；加輔助件的方法一般要求短斜板與節(jié)點(diǎn)板間的焊縫承載力是該短斜板與桿件連接焊縫承載力的1.5倍。

4、鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)事故分析及鋼結(jié)構(gòu)加固案例分析

4.1 鋼結(jié)構(gòu)房屋各種倒塌分析。

4.1.1 輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房倒塌。

根據(jù)輕鋼結(jié)構(gòu)廠房倒塌的數(shù)個(gè)案例情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)鑒定基礎(chǔ)上，對(duì)其倒塌原因及今后設(shè)計(jì)施工中注意問(wèn)題進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)如下系列問(wèn)題：

4.1.1.1 輕鋼屋蓋的施工質(zhì)量沒(méi)有保證，剛結(jié)構(gòu)構(gòu)件與支承構(gòu)件間的連接及鋼結(jié)構(gòu)

構(gòu)件間的連接較為薄弱，大多采用焊接且焊接質(zhì)量較差，有的甚至直接將鋼屋架擱置在墻上且未采取相應(yīng)的加強(qiáng)連接措施。

4.1.1.2 無(wú)正規(guī)的設(shè)計(jì)圖紙與施工資料，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件間缺少相應(yīng)的連接構(gòu)件，如鋼梁之間缺少水平支撐，縱向系桿，屋面檁條間缺少水平拉桿等，使屋蓋鋼結(jié)構(gòu)本身的承載能力和安全儲(chǔ)備較低，缺少足夠的平面外穩(wěn)定性。

4.1.1.3 主體結(jié)構(gòu)完工后缺少必要的維護(hù)保養(yǎng)措施，剛結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接點(diǎn)間存在嚴(yán)重的銹蝕及焊接殘留等。

因此在大雪等其它荷載作用下，一旦發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)，其兩端的支撐點(diǎn)就會(huì)被拉脫而發(fā)生屋蓋結(jié)構(gòu)整體倒塌事故。

4.1.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屋面倒塌事故。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)各種工程網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屋面倒塌發(fā)生在連接部位焊接質(zhì)量較差。破壞多在桿件與連接部位的焊縫處，桿件與球焊接部位多為虛焊，未達(dá)到熔透焊標(biāo)準(zhǔn)，焊縫極不均勻，甚至有的破壞節(jié)點(diǎn)桿件與球焊接部位沒(méi)有焊跡呈光滑狀態(tài)

5、總結(jié)與展望

總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)加固檢測(cè)已逐漸成了熱點(diǎn)。但對(duì)已有建筑現(xiàn)代加固改造技術(shù)的研究還處于起步階段，雖然發(fā)展迅速，并已取得了一線成績(jī)，但總體技術(shù)水平較低，建筑加固改造市場(chǎng)秩序還比較亂，缺少統(tǒng)一的行為總則來(lái)規(guī)范建設(shè)業(yè)務(wù)，對(duì)實(shí)際工程鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測(cè)與加固這類問(wèn)題的研究，有待于設(shè)計(jì)和鑒定理論的提高。

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