鋼結構檢測技術的發展現狀及展望

方文龍 （安徽省建筑工程質量第二監督檢測站，安徽 合肥 230031）

0 引言

鋼結構是一種以鋼材加工而成的建筑結構類型，該結構所組成的鋼材包含諸多優點，如強度高、自重輕、剛度優、抗剪強等，故在一些重要、復雜的建筑工程項目中應用廣泛。建筑工程發展到21世紀，鋼結構以其諸多優勢逐漸取代鋼筋混凝土結構，成為建筑基礎結構。而其施工質量也關乎著建筑的整體質量與安全性。為保證施工質量與效果符合設計要求，施工過程安全可靠，需要利用鋼結構檢測技術[1]。目前鋼結構檢測主要由模擬實驗、破壞性實驗、無損檢測這三類組成[2]。其中模擬實驗具有可檢測鋼結構的整體性的優點，缺點是成本較高、檢測周期較長；破壞性實驗優點是能夠對抽檢樣品進行精準測試，缺點是無法評估鋼結構的整體性，具有一定的局限性；無損檢測可對原材料和工件進行較全面的檢測，同時具有工藝簡單、成本低廉的優點。

1 鋼結構檢測的方法

大多數建筑工程項目采用鋼結構作為其基礎結構，為保證鋼結構施工質量，提高鋼結構的穩定性，需合理運用鋼結構檢測技術，目前國內外致力于研究的鋼結構檢測技術主要由磁粉探傷檢測技術、射線探傷檢測技術、超聲波檢測技術、渦流檢測技術、滲透探傷技術以及三維激光掃描技術這六種組成。

1.1 磁粉探傷檢測技術

磁粉探傷檢測技術是一種對鋼制材料或工件施以磁場，致使其發生磁化，此時在工件表面加上磁粉，由于鋼制材料或工件的缺陷處會因為磁力線逸出，形成一個漏磁場，磁粉會在漏磁場作用下匯集而產生磁痕，據此判斷表面缺陷的一種探傷方法。該方法的優點是可以高效檢測出鋼制材料或工件表面存在的缺陷，且具備操作簡單，適用范圍廣等特點，可運用到大型設備和工件上。牛乾等[3]提出將機器視覺和圖像處理技術應用于磁痕圖像缺陷的智能識別上。

1.2 射線探傷檢測技術

射線探傷檢測是利用射線可穿透物體以及在不同介質傳播過程中的衰減特性差異來檢查焊縫內部缺陷的一種方法。根據所用射線的不同可以分為X射線檢測、γ射線檢測以及高能射線檢測三種類型。根據不同射線穿透材料的能力不同，且照相膠片具有感光特性的原理，在對焊縫進行檢測時，由于焊縫中的缺陷對射線的吸收能力有所不同，導致落在膠片上的射線強度有差異，而膠片的感光能力也有所不同，據此可直觀、準確且無損地顯示出缺陷的位置及形態。該方法測試結果直觀，適用于各種材料的檢測。

1.3 超聲波檢測技術

超聲波探傷是一種利用超聲波對材料的穿透力以及在截面分界處的反射特性來檢查工件缺陷的方法，發射端發射超聲波束進入金屬內，會在缺陷與工件底面處形成兩種反射波，并在接收端熒光屏幕上顯示脈沖波形，缺陷處會顯示出特定的脈沖波形，且根據波形特征可判斷出缺陷的位置和形態。該種方法可用于檢測鋼結構構件的內部缺陷，操作簡單，可提高檢測效率。根據實現原理的差異，超聲波探傷技術又細分為脈沖反射法、穿透法和共振法，目前通常使用手提式探測儀來進行鋼結構的超聲波檢測工作[4]。

1.4 渦流檢測技術

渦流檢測技術是一種通過電磁感應來檢測金屬材料和工件所存在的表面缺陷的方法。該檢測技術可全面判斷鋼結構的內部損傷，但其局限性在于僅能對可導電的金屬構件以及能感生渦流的非金屬構件進行檢測；且由于鋼磁和結構的不均勻性以及被檢測表面的幾何不規則性會產生一定的附加噪聲，渦流法在檢測黑色鋼結構和部件裂紋時比較困難，Valentyn Uchain等[5]提出了雙差分型渦流探頭，可實現特定檢測應用。

1.5 滲透探傷技術

滲透探傷技術是將一種具有顯色性能的滲透劑刷涂在工件表面，滲透劑在毛細力作用下，通過工件表面裂紋缺陷滲入內部，一段時間后，抹除掉工件表面余下的滲透劑，最后在工件表面涂上一層薄的顯像劑。此時裂紋缺陷中的滲透劑會在顯像劑提供的毛細力下，再次吸附到工件表面，并且會形成一個放大的缺陷顯示圖像，在黑光或白光下能夠觀察到缺陷的位置及形狀。

以上五種鋼結構檢測技術都屬于無損傷檢測技術，都可在不損壞鋼結構外觀表面的同時對鋼結構進行有效且全面的檢測。

1.6 三維激光掃描技術

三維激光掃描技術是通過設備的激光脈沖發射器，向待檢測的工件上發射一束激光脈沖，在反光鏡的旋轉作用下，對待測工件進行掃描，激光脈沖經過反射作用后能夠被信號接收器所接收，同時會記錄下信號數據；對所獲取的大量云數據再進行分割、構建等處理，可獲得大型鋼結構的建筑物在力的作用下各點的精確變形值[6]。

除上述五種主要檢測技術外，還可以結合信息化技術來判斷鋼結構的缺陷，利用系列工程建模軟件，可直觀展示鋼結構的缺陷部位[7]。馬中軍等[8]利用BIM結合表面圖像處理分析，提出了一種鋼結構的無損探傷方法，構建了基于BIM的建筑鋼結構檢測模型，可實現對建筑鋼結構的無損檢測以及后期管理的全面掌控，該方法有效檢測率為100%。

2 鋼結構檢測的技術應用

在各式各樣的建筑施工項目中，鋼結構檢測已成為建筑工程中一項相對重要的技術，通過運用相關技術手段，對鋼結構各個施工環節進行質量把控，能及時止損、減短施工周期。鑒于種種優點，鋼結構檢測技術也得到極大程度的應用。本文主要從鋼結構的表面檢測、鋼結構的涂裝檢測、焊接質量、構件連接檢測以及結構變形檢測四個方面對鋼結構檢測的技術應用進行綜述。

2.1 鋼結構表面檢測

外觀缺陷檢測是鋼結構檢測的基礎項目[9]。對鋼結構進行肉眼檢測，可以觀察出鋼結構表面存在的氣泡、裂縫、咬邊、融合等常見缺陷。對于鋼結構表面腐蝕損害的評估，傳統的檢測方法是目視檢查，但是對區域范圍大的地區或難以進入的地區來說是耗時耗力、較難進行的，且檢測結果具有主觀性。為了解決上述問題，M.Khayatazad等[10]開發了用于量化和組合兩個視覺方面的算法-粗糙度和顏色，該算法已應用于腐蝕和非腐蝕組件和結構照片的大數據集，可以有效地定位腐蝕區域。張華[11]提出將滲透探傷技術運用到地鐵軌道檢測中，通過處理可使軌道質量缺陷的位置與類型得以明確，針對缺陷即可采取有效措施進行解決。

2.2 鋼結構的涂裝檢測

鋼結構安裝完成后，還需要對其進行涂裝，可選擇防腐或防火材料作為涂裝材料，材料的選擇決定著鋼結構的使用時間。防腐材料可預防鋼結構在濕度較大的環境下腐蝕生銹，導致承載力降低。對鋼結構的涂裝材料進行檢測，可根據鋼結構的材料厚度來反映，檢測時可以通過超聲波在鋼結構中的理論傳播速度來獲取超聲波的實際波速與傳播時間，可以檢測出鋼結構的實際厚度和寬度，同時可獲取鋼結構的耐腐蝕性參數[11]。

2.3 焊接質量和構件連接檢測

鋼結構主要是通過螺栓和螺絲進行連接的。首先需要對螺栓進行檢測，當焊接熔化后將金屬進行連接形成焊縫，此時，進行焊接處檢測，利用射線探測儀裝置針對焊縫的開裂現象進行檢測用來保證焊接完整性；在焊接過程中也可用超聲波檢測技術進行檢測，因為該技術不會對鋼結構的外觀進行破壞。對于螺栓連接處，常用捶打的方式來檢測螺栓的緊固性[12]。對焊縫的檢測，Muthukumaran Malarvel等[13]提出了一種在X射線圖像中使用多類支持向量機(MSVM)進行焊接缺陷檢測和分類的自主技術，該技術考慮了多種焊接缺陷，有效提高了檢測工作效率。

2.4 結構變形檢測

智能化信息技術與人工相結合可以實現對建筑鋼結構的更好檢測。Ming Guo等[14]對極大型、復雜建筑物鋼結構進行高精度檢測，采用激光雷達和無人機近距離攝影測量可以直接收集各種大型復雜環境中的數據、注冊站點和適合的節點來監控和分析其結構，該種檢測方法使得變形監測更加詳細、全面。除此以外，將全站儀運用到鋼結構檢測中，也可以很好檢測鋼結構的垂直度和撓度[15]。

3 結論與展望

鋼結構作為建筑工程項目的基礎結構，直接影響著建筑物的整體安全質量。通過合理運用鋼結構檢測技術，可以保證施工質量，提高施工效率。目前國內外最常見的鋼結構檢測技術主要由磁粉探傷檢測技術、射線探傷檢測技術、超聲波檢測技術、渦流檢測技術、滲透探傷技術以及三維激光掃描技術這六種組成，另外結合信息化技術和智能科技也可對鋼結構的缺陷進行判斷。對于不同類型的建筑工程，應結合實際選擇合適的鋼結構檢測方法。在實際建筑工程項目中，鋼結構檢測技術也應用廣泛，可在鋼結構表面、涂裝材料、焊接質量和構件連接、結構變形等方面進行相關檢測應用，保證了施工效果，節約了施工周期。如今建筑工程項目在社會市場的比重越來越大，建筑物結構的安全標準也愈加嚴格，目前常用的鋼結構檢測技術無法完全滿足實際工程中的檢測需要。因此，在科技高速發展的未來，鋼結構檢測技術會與新興科技相結合得到更好的發展與應用。