焊接球節點鋼管桁架銹蝕現狀檢測及動力測試

劉武成

(山西省建筑設計研究院，山西太原 030013)

1 工程概況

某選煤廠1號皮帶走廊均為焊接球節點鋼管桁架結構，跨度為35 m，坡度為15°，距地面平均高度為20 m。該皮帶走廊焊接球節點鋼管桁架結構建于20世紀90年代初，由于生產過程中常年受日常生產清洗用水的侵蝕，使得目前桁架結構的腐蝕損傷狀況非常嚴重。

2 鋼構件腐蝕現狀檢測

2.1 檢測內容及檢測方法

結合現場情況，檢測重點為焊接球節點鋼管桁架結構中桿件、球節點及連接焊縫的銹蝕狀況。

對于焊接球節點鋼管桁架結構的桿件和球節點，其銹蝕程度可由其截面厚度的變化來反映。根據GB/T 50344-2004建筑結構檢測技術標準中第3.3.11條和第3.3.12條:對于因環境侵蝕造成的構件損傷，檢測抽樣時應選取有代表性的構件，檢測對象可以是單個構件或部分構件。檢測時，應選定構件銹蝕較嚴重的部位，除銹后采用游標卡尺、超聲波測厚儀或者百分表對銹蝕桿件分別進行直徑檢查和桿件壁厚檢查，或者直接用百分表量測構件銹蝕深度。對于焊縫，除銹后采用焊縫檢測尺量測焊腳高度的變化狀況。

2.2 檢測結果

2.2.1 腹桿銹蝕狀況檢測結果

皮帶走廊焊接球節點鋼管桁架結構腹桿銹蝕狀況相對嚴重。腹桿銹蝕程度沿走廊兩端至中部逐漸加重，桿件上銹蝕層駁落，銹斑密布。兩端腹桿銹蝕深度達1.0 mm～2.0 mm，中部腹桿銹蝕深度達2.5 mm～3.5 mm，走廊左、右兩側腹桿的銹蝕狀況大致相當。豎腹桿由于原設計管壁較薄，部分桿件已銹透，極個別構件目前已斷裂。

2.2.2 上弦桿及上部水平支撐銹蝕狀況檢測結果

對上弦桿及上部水平支撐進行了全面普查后，發現這些構件的銹蝕程度沒有腹桿嚴重，每座桁架結構構件的抽查(抽查量約為構件總數的30%)結果表明，銹蝕深度平均為1.0 mm。

2.2.3 下弦桿、下部水平支撐及下弦斜撐銹蝕狀況檢測結果

由于下弦桿位于走廊預制板以下，在走廊內無法對其進行直接量測，且走廊距離地面較高，不能直接接觸到下弦桿桿件、下部水平支撐及斜撐等構件，無法直接對這些構件進行量測。采用高倍望遠鏡進行觀察，并拍照記錄，觀察發現這些構件銹蝕程度較輕，估計銹蝕深度約為1 mm。這部分構件在加固施工開始時，應進行現場抽樣檢查，對估測結果進行校核。

2.2.4 球節點銹蝕狀況檢測結果

桁架上、下弦球節點銹蝕較輕，從照片可看出球面防銹底漆尚存，防火涂層剝落較少，抽查結果表明，球節點的銹蝕深度不大于0.5 mm。

2.2.5 焊縫銹蝕狀況檢測結果

焊縫的銹蝕程度低于桿件的銹蝕程度，這是由于焊縫材料和母材之間的電極電位不同，對于電極電位不同的材料當其處于電解質溶液中時，易在兩種材料之間形成接觸腐蝕，且首先腐蝕的應該是電極電位相對較負的母材，因此，檢測中應對焊縫處的母材進行重點檢測，檢測中未發現母材周圍形成蝕坑，表明目前焊縫未受到腐蝕。

3 焊接球節點鋼管桁架結構動力特性測試

對現有結構輔以動力特性測試，在得到其自振頻率、模態、阻尼比等基本動力學參數的基礎上，可以對銹蝕后的鋼桁架結構整體損傷程度進行評價。由于缺乏桁架結構銹蝕前的動力學基本參數，現利用大型通用有限元軟件ANSYS對桁架結構進行整體建模分析，分別取得桁架結構銹蝕前、后的基本動力學參數，與現有結構實測結果進行比較，對銹蝕后的鋼桁架結構整體損傷程度進行評價。桁架結構有限元分析及動力特性實測結果如圖1，圖2，表1所示。

圖1 1號皮帶走廊桁架結構有限元模型及振型圖

圖2 1號皮帶走廊現有桁架結構實測振型圖

表1 1號皮帶走廊桁架結構理論計算與實測結果比較

由理論計算結果可知:相比銹蝕前結構，桁架結構銹蝕后，構件截面積、慣性矩均減小，結構整體剛度有所下降，導致結構自振頻率減小，周期延長。現有結構的實測自振頻率與銹蝕后結構理論計算頻率基本接近，且實測值偏低一些。說明實測結果可信，目前的桁架結構由于構件銹蝕已造成了結構整體剛度的下降。

應指出，理論計算結果是對實際結構進行簡化后的計算簡圖而言的，而實際結構往往是比較復雜的，桁架節點的約束，檁條等非結構構件、支撐的設置等都將增大結構的剛度，因而，應該說現有結構的整體剛度實際上下降的更多。

4 結論及建議

該選煤廠1號皮帶走廊的桁架結構構件銹蝕程度已相當嚴重，桿件截面有較大削弱。結構動力特性實測及理論計算結果表明，桁架結構由于構件銹蝕造成了承載力及結構整體剛度的下降，應考慮更換或采取加固措施。

［1］ GB/T 50344-2004，建筑結構檢測技術標準［S］.

［2］ YB 9257-96，鋼結構檢測評定及加固技術規程［S］.

［3］ GB 50205-2001，鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.

［4］ GB 8923-88，涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級［S］.