施工過程中鋼結構缺陷分析

葛 守 文

(山西省工業設備安裝集團有限公司，山西 太原 030012)

鋼結構是建筑結構類型之一，有安裝簡便、自重較輕、抗震性能好等優點，在建筑行業當中被廣泛應用。它雖然優點眾多，但由于技術限制和人為原因，鋼結構缺陷難以避免，而缺陷往往是產生鋼結構事故的直接或間接原因，所以對此應引起足夠的重視。

1 鋼結構施工缺陷的種類

鋼結構在施工過程中容易發生的缺陷主要包括：鋼材的先天不足缺陷、鋼結構的加工制作缺陷、鋼結構的連接缺陷，鋼結構運輸安裝缺陷等。下面從這幾方面詳細說明。

1.1 鋼材的先天不足缺陷

鋼材種類繁多，可在建筑結構當中經常使用的有兩種，分別是低碳鋼和低合金鋼，鋼材在制作過程中各種化學成分的多少決定了鋼材質量的好與否。舉個例子：Q235型鋼，它的99%的成分是Fe，而剩下的1%則是H,C,O,N,P,S等。1%雖然很少，卻有很大的影響力。在碳素鋼當中除Fe之外C的重要性可以說是第一了。低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的區分依據就是鋼材的含碳量不同。含碳量越高，它的塑性韌性都會降低很多，引起其可焊性和負溫沖擊韌性變化也很大。所以建筑鋼材的選取必須是C≤0.25%的低碳鋼。另外在鋼材的冶煉、軋制及加工過程中同樣會因制作工藝或其他原因產生缺陷。

1.2 鋼結構的加工制作缺陷

鋼結構在加工制作過程中需要經過鋼板剪切、折疊、切割、鉆孔，焊接、打磨、銑刨、除銹、涂裝、熱處理等工序，每一道工序都有可能產生缺陷。例如原材料矯正引起冷作硬化、下料尺寸超出公差、切割邊粗糙達不到要求、孔徑偏差、構件冷熱加工引起的裂紋、焊接引起的殘余應力、除銹不合格，鋼結構外形尺寸超差等。

1.3 鋼結構的連接缺陷

鋼結構的連接方式主要分為焊縫連接、螺栓連接。

1.3.1焊縫連接

焊接過程中容易產生的缺陷有焊縫熱影響區母材由于過熱造成塑性韌性降低，成為受力最為薄弱的地方，容易硬化變脆甚至斷裂、產生較大的焊接殘余變形，并由此產生殘余應力或者應力集中成為鋼結構事故的源頭。焊縫成型不良、裂紋、氣孔、加渣、咬邊、未焊透、未熔合等問題都會對安裝完成后的使用產生巨大隱患。

1.3.2螺栓連接

鋼結構栓接缺陷主要包括高強螺栓連接和普通螺栓連接。螺栓連接安裝簡便，迅速勞動強度低、拆裝方便、安全可靠。容易產生的缺陷有：螺栓孔削弱構件的有效截面、長期在動載荷作用下容易松動、高強螺栓預應力松弛產生滑移變形、螺栓質量不合格、孔徑和孔的位置偏差、摩擦系數達不到設計要求。

1.4 鋼結構運輸安裝缺陷

鋼材在完成制作出廠后，運輸與安裝過程中同樣會產生缺陷。如運輸中如遇強大的外力很容易會對鋼材產生變形和損傷、吊裝中因為沒有足夠臨時支撐導致構件產生比較嚴重的變形、現場安裝質量不符合要求等。

2 鋼結構施工缺陷的檢測方法

鋼結構施工缺陷的檢測包括使用肉眼、卷尺、直尺、樣板等測量工具、超聲波、射線、磁粉等檢測儀，并將所得的測量結果與我國制定的鋼結構工程施工質量驗收規范進行對照，超出允許范圍，必須進行處理。

2.1 鋼材的先天不足缺陷檢測和檢查

鋼材使用前首先檢查質量合格證明文件，對照相應鋼材化學成分的要求看是否符合規定要求，必要時可以送到有檢驗試驗資質的單位抽樣進行復驗，或者自行對其化學成分、力學性能進行復驗，復驗使用的儀器有力學性能試驗機、光譜儀、五元素分析儀。其復驗結果應符合國家產品標準和設計要求。

2.2 構件制作過程的缺陷的檢測和檢查

2.2.1肉眼及測量工具檢測

鋼結構加工制作缺陷主要是各個工序造成的尺寸偏差超過允許范圍，可以通過肉眼觀察和焊縫量規、鋼尺測量工具以及放大鏡等輔助工具進行檢查，必要時對焊縫質量采用滲透和磁粉探傷。對設計要求的一、二級焊縫應采用超聲波檢測進行內部缺陷的檢驗，當超聲波檢測不能對缺陷作出判斷時，應采用射線檢測，其內部缺陷分級及檢測方法應符合國家現行標準GB/T 11345—2013焊縫無損檢測超聲波檢測技術、檢測等級和評定或GB 3323—2005鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級的規定，檢查項目包括：鋼構件外觀檢查、螺栓孔徑、孔距的尺寸偏差檢查、高強螺栓連接面的檢查、端部銑平及安裝焊縫坡口檢查、鋼構件外形尺寸偏差檢查、焊縫外觀(焊道是否平整；余高、長度、接口、焊腳尺寸是否符合要求；有無弧坑、焊瘤、咬邊)和內部檢查。

2.2.2超聲波探傷檢測

超聲波探傷是鋼結構檢查中較為方便、經濟的一種無損檢測方式，尤其對厚度較大的焊縫最有效。主要使用脈沖反射方式，按直接接觸法的垂直探傷和斜角探傷兩種方法進行檢測。

2.2.3射線探傷檢測

射線探傷有X射線探傷法、γ射線探傷法等。射線探傷是當前科技水平中最為準確的方式，它適用于焊縫不大于30 mm的情況。

2.2.4磁粉探傷檢測

磁粉檢測是利用在強磁場中鐵磁性材料表面缺陷產生的漏磁場吸附磁粉而產生的缺陷顯示，用于檢測焊縫表面和近表面缺陷，在磁粉檢測的過程中需要注意的是其對構件檢測的靈敏度會隨著缺陷所在位置的深度逐漸降低。

2.2.5滲透檢測

滲透檢測是液體的毛細現象和固體染料在一定條件下發光現象，焊縫表面被施涂含有熒光或著色染料的滲透劑后在毛細作用下滲入缺陷，去除表面多余滲透劑干燥后，再施涂顯像劑，同樣在毛細作用下，顯像劑吸引缺陷中滲透劑，在一定光源下缺陷處滲透劑的顯示，用于檢測焊縫表面裂紋等開口缺陷。

2.3 鋼結構連接缺陷的檢查

1)焊接缺陷檢查與加工過程的缺陷檢測方法相同。

2)栓接缺陷檢查：栓接缺陷檢查包括高強螺栓的預拉力的復驗、施工扭矩檢驗、高強大六角頭螺栓扭矩系數復驗、螺栓連接面抗滑移系數檢驗。

高強螺栓的預拉力的復驗：從現場待安裝的螺栓批中隨機抽取8套，將待檢螺栓插入軸力計緊固時分初擰和終擰兩次進行，直至尾部梅花頭擰掉，讀出預拉力值，其平均值和標準偏差值應符合規范要求。

施工扭矩檢驗：在螺栓尾部端頭與螺母相對位置劃線后將螺母退回60°左右，用扭矩扳手測定擰回原位時的扭矩值，該值與施工扭矩的偏差在10%以內為合格，對扭剪型高強螺栓可以觀察梅花頭擰掉情況，擰掉的話視其終擰扭矩達到合格標準。

高強大六角頭螺栓扭矩系數復驗：從現場螺栓檢驗批中隨機抽取8套，檢測方法同預拉力的復驗并按K=T/P×d(K為扭矩系數；T為施擰扭矩；P為螺栓預拉力；d為螺栓公稱直徑)。

螺栓連接面抗滑移系數檢驗：每2 000 t為一批，每批如圖1所示三組試件，試件摩擦面應平整，無油污，孔和板的邊緣無飛邊、毛刺。抗滑移系數檢驗用的試件與所代表的鋼構件應為同材質、同摩擦面處理工藝、同批制作使用、同性能等級、同直徑的高強度螺栓連接副，并且其復驗結果要符合設計要求。

2.4 鋼結構運輸安裝缺陷檢測

在結構的運輸與安裝的兩個階段產生的缺陷通常是變形、失穩等問題，檢測方法主要是使用肉眼及水準儀、經緯儀等測量儀器進行檢測。主要檢查項目包括：扭矩扳手標定和高強螺栓施工記錄、摩擦面確認檢查、構件出廠合格證明、構件安裝允許偏差、安裝焊縫質量檢查，高強螺栓初擰、終擰檢查、終擰扭矩檢查、涂層干漆膜允許偏差檢查。

3 鋼結構缺陷的預防

從以上分析說明鋼結構缺陷在施工階段涉及材質缺陷、加工制作缺陷、安裝運輸缺陷，所以難以避免，我們作為施工方主要任務就是控制超標缺陷，對這類缺陷必須進行處理和預防，采取積極主動的措施預防超標缺陷的產生。

1)鋼材先天性缺陷的問題需我們在加工之前發現，安裝連接完成后也就意味著需要付出巨大的代價。

2)鋼結構制作單位應重視加工制作各個工序工藝的合理性，采用先進設備，層層把關，加強質量監控和檢驗檢測工作。施工過程中執行自檢、互檢、交接檢制度。嚴格執行有關規范標準，對檢查中發現的不合格項，及時糾正并檢查落實，做到防患于未然。

3)鋼結構安裝單位應制定科學的施工組織設計，采用合理的吊裝方案和安裝工序，精心布置臨時支撐，提高現場安裝人員素質和現場質量檢驗。

4 結語

通過以上對鋼結構缺陷種類的分析、相應檢測方法以及預防措施的介紹，結合本人多年在鋼結構施工方面的經驗，為從事鋼結構的同仁們提供一些降低鋼結構施工缺陷的思路，最終杜絕重大質量事故的發生。

[1] GB 50205—2001，鋼結構工程施工質量驗收規范[S].