探究建筑工程钢结构检测技术的运用
时间：2023-03-27 08:05:09 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
岳双令
（山西华筑天成土木工程检测有限公司，山西 太原 030000）
钢结构在建筑工程中取得广泛应用，钢结构的施工质量在很大程度上影响建筑的安全性和稳定性。加强对钢结构的质量检测具有必要性，以便及时发现问题并妥善处理。现阶段，建筑钢结构检测以无损检测及其他配套检测技术居多，力求在不损伤建筑钢结构的前提下获得可准确反映钢结构质量的数据。钢结构检测技术具有专业性，规范检测和完善的数据处理尤为关键，围绕钢结构检测技术进行探讨是实现科学检测目标的必要前提。
某建筑车间平面布置呈矩型，该车间东西方向总长为45.0m，南北方向总宽为36.0m，建筑总高度为67.0m。该车间标高±0.000m 至标高47.980m 结构型式为钢筋混凝土框架结构，标高47.980m 至标高67.000m部分为钢结构。楼板、屋面板采用叠合板（50mm 预应力混凝土板+50mm 钢筋混凝土现浇板）。
①地基基础。深入现场调查，明确基础形式、地基情况等。②结构布置。深入现场调查，判断钢结构的结构形式以及布置方式。③结构构件检查。重点考虑结构构件及节点损伤，判断是否存在锈蚀、开裂、变形等问题，并检查构件及填充墙是否有裂缝。④钢柱垂直度检测。采用经纬仪，随机抽取钢柱进行垂直度测量。⑤涂膜厚度检测。随机抽取钢构件，按照《钢结构现场检测技术标准》（GB/T 50621—2010）的相关规范进行检测，确定涂膜的厚度。⑥焊缝检测。采取无损检测的方法，采用超声波探伤仪，判断是否存在裂缝、夹渣等其他质量缺陷。
从钢结构的材料、连接及构件性能3 个方面切入，探讨建筑钢结构检测技术的应用要点。
3.1 钢结构材料的检测
3.1.1 结构用材料的检测
①力学性能检测。强度性能（fy，fu）、硬度（Hp）、弹性模量（E）、塑性性能（δ、ψ）、冷弯性能（α、α/d）等均属于建筑钢结构材料力学性能检测的范畴，是金属钢结构得以稳定使用的基本前提。②物理分析。考虑材料的密度、线膨胀系数等。③表观质量。经过检查后判断是否存在裂纹、气孔、折叠、受损等表观质量缺陷。
3.1.2 焊接用材料的检测
（1）焊条的检测：尺寸、焊缝射线探伤、焊缝熔敷金属力学性能、焊条药皮等均属于焊条质量检测中的重要项目[1]。若采用不锈钢焊条，还需考虑到熔敷金属铁素体含量和耐腐蚀性。
（2）焊剂的检测：涉及焊剂含水量、焊剂颗粒度、焊接工艺、机械夹杂物、熔敷金属V 形缺口冲击吸收功、焊缝扩散氢含量、焊剂的硫及磷元素的含量等，需进行全面检测，保证各项目的检测结果均在国标规定的范围内。
3.1.3 防护用材料的检测
结构保护膜是结构防护材料检测的重点对象，常见于防火涂料和防腐防锈涂料两类，检测项目包含涂料的物理性能、机械性能、涂层表面质量、涂层表面光泽度等，其中物理性能涉及干燥时间、黏度等。
3.2 钢结构连接检测
紧固件连接、焊接连接、铆接是建筑钢结构连接的主要方式，现阶段，铆接的应用频率相对较低，此方法普遍被高强度螺栓连接替代。钢结构焊接属于应用效果较好的连接方式，在钢结构焊接连接过程中加强焊缝质量检测具有必要性。
3.2.1 螺栓连接副的检测
以建筑工程钢结构中常见的抗剪型螺栓连接副为例进行分析。钢结构施工采用连接副做连接处理时，连接性能的评价需综合考虑紧固轴力的平均值及标准偏差。紧固轴力的测试采用螺栓轴力测试仪，向该仪器上安装待检测的螺栓连接副，搭配专用扭剪型螺栓电动扳手，读取轴力仪在螺栓尾部梅花头被扭断时的轴力P，每套连接副分别对应一个轴向力值。经过对多套螺栓连接副的检测后，根据数据判断整批螺栓连接副的连接性能。需保证轴力的平均值及标准偏差均在许可范围内，具体要求如表1 所示。
表1 轴力的平均值及标准差控制要求
3.2.2 高强度螺栓抗滑移系数的检测
（1）试验用摩擦板试样的配置。拉力构件是抗滑移试验中的重要装置，由双摩擦面、两螺栓或三螺栓拼接成型；
试件用钢板需平整、完整、无油污、无毛刺，材质与所选钢结构构件保持一致，同时L1=150mm、f=4mm，若无法满足厚度要求，需校核钢板强度，按前述提及的思路准备优质的钢板材料，要确保在试验过程中钢板无塑性变形现象[2]。摩擦板试样进行检测时，需高效推进检测进程，获得准确可靠的检测结果。
（2）抗滑移系数的测试及计算。测试仪器采用拉力试验机，沿着与仪器加载中心平行的方向布置摩擦试件，按照3～5kN/s 的速度加载；
加载过程中仔细观察，若试件一侧的直线记号出现错位现象，需随即记录此时对应的载荷。在获取测试数据后，按照式（1）计算，确定抗滑移系数。
式中：μ——抗滑移系数；
N——滑移载荷，kN；
nf——摩擦面面数，取2；
m——螺栓连接副参加计算数；
P——螺栓连接副的平均轴力，kN。
3.2.3 焊缝连接检测
（1）超声波探伤检测。
根据接头形式的不同，焊缝主要有对接、交接、搭接、T 形接头4 种方式。对接属于钢结构焊缝探伤检测的重点内容，探伤等级有A、B、C 3 个等级，具体如下。
A 级：在焊缝的单面单侧选用一种角度的探头进行探伤，此时的探伤检测相对简单，无须检验焊缝的横向缺陷，但此方法在母材厚度超过50mm 时缺乏可行性。
B 级：在焊缝的单面两侧选用一种角度的探头进行检测，采取的是全截面探伤的检测方法；
母材厚度超过100mm 时，要求焊缝两面两侧同步进行，必要时安排焊缝的横向缺陷探伤，可获取更加全面的探伤检测结果[3]。
C 级：从焊缝的单面两侧以两种或更多种角度的探头进行检测，且必须进行焊缝横向缺陷探伤（正、反方向的检测缺一不可）。
（2）射线探伤。
射源向被测件发出射线，胶片感光，若被测件存在缺陷，工件的实际厚度较之于正常结构状态有所减小，射线到达缺陷部位时由于遮挡不足可具有更高的透过强度，胶片感光作用强于无缺陷的部位。经过射线探伤后，将产生的胶片做暗室处理，观察底片可明显发现缺陷部位的黑度比周边其他区域更加明显，即存在缺陷投影形状和影像，根据胶片的图像呈现情况可确定工件的内部缺陷。
3.2.4 焊缝表面缺陷的无损探伤
铁磁材料的表面及近表面缺陷的探伤可采用磁粉探伤的方法，其中建筑钢结构焊缝属于常见的铁磁材料，经过探伤后判断是否存在裂纹、夹层、气孔等质量缺陷。磁粉探伤过程中，由磁场会磁化铁磁材料，若被测材料的表面或近表面有缺陷并且垂直于磁场方向，会引起磁力线的外溢出现漏磁场；
试验期间，若将磁悬液或磁粉施加至漏磁的区域，可存在漏磁场吸引磁粉的现象，从而显现出缺陷痕迹，以便判断被测结构的缺陷。
3.3 钢结构性能检测
3.3.1 结构变形的检测
（1）墙、柱等竖向构件：倾斜度或倾斜量是重点检测项目，仪器可采用经纬仪或全站仪；
在两端点间拉弦线后，进行跨中或最大挠曲点挠度的测量，根据实测结果判断侧屈挠度。
（2）梁、板等水平构件：端点偏差及挠曲度是重点检测项目，拉弦线检测或用水平仪检测均是可行的方法。
（3）梁、杆等斜向构件：跨中或最大挠曲点的挠度是重点检测项目，常采取拉弦线测量的方法。
（4）柱、杆等构件的扭转屈曲：用全站仪或经纬仪测量。
（5）构件的局部屈曲：拉线测量，部分构件的检测精度要求高，采取光栅照片分析的方法进行测量，在获得测量结果的基础上，计算屈曲变形量。
3.3.2 节点连接损伤的检测
（1）焊缝连接质量的检测。
首先明确工程对于焊缝等级的要求，经过查阅相关规范，按照规范中对特定焊缝等级的检测规定进行检测，不遗漏检测规定中必须进行检测的项目，必要时根据实际条件增加检测项目。焊缝尺寸、裂缝、气孔、未焊透、咬边等均属于重要的焊缝检测项目。对于焊缝尺寸的检测，需重点考虑焊缝有效长度和焊脚尺寸，判断两项指标的检测结果是否都满足要求[4]。
（2）螺栓、铆钉连接的检测。
根据螺栓、铆钉的直径及在使用阶段的表现（是否存在松动、损伤、切断等问题）判断连接质量。在螺栓和铆钉的直径检测中，测量工具可采用卡尺。以外观目视或敲击的方法检测铆钉连接效果，以手锤敲击的方法判断连接部位是否有松动，或采用塞尺、10 倍以上的放大镜进行检测，判断铆钉头与构件的接触状态，即是否保持紧贴的状态或存在松动现象。连接接头的损伤检测是一项相对细致的工作，需用10 倍以上放大镜检测，同时确定被连接件是否存在张拉裂纹，若有需进一步明确裂纹的发生位置及具体尺寸。螺栓、锚钉连接的细节多，检测人员必须全面进行，完整记录检测数据。
3.3.3 结构构件及连接的强度检测
承载能力验算属于强度检测的重点内容，需具有如式（2）所示的关系。
式中：R——结构构件或连接的抗力；
S——实测荷载时结构构件或连接的作用效应；
ro——结构重要性系数。
在部分结构构件及连接的强度检测中存在理论计算结果准确度偏低的情况，或计算难度偏高[5]。针对此特殊性，应安排承载能力试验，以便准确确定被测件的承载性能。被测件与相邻构件保持独立，为承载性能测试搭建安全支撑，确保在检测期间出现意外状况时不会对周边人员及设备造成不良影响。
3.3.4 钢结构截面厚度的检测
受加工精度、局部锈蚀多项因素的作用，钢结构断面厚度易发生改变，使用效果受到影响。以钢结构锈蚀为例，截面厚度若发生减薄的变化，使材料变薄从而导致承载性能减弱，不利于结构的安全使用。因此，准确检测钢结构截面厚度尤为重要，可采用超声波脉冲反射法，其应用的原理是超声波在均匀介质中进行传播，沿途遇到其他性质的介质时将产生反射，接收探头接收反射回波，经过仪器的检测确定脉冲发射至接收的时间，根据声速、时间、距离的关系进行计算，确定被测件的厚度。为获得准确的检测结果，在测定脉冲发射至接收这一阶段的持续时间后，需扣除延迟时间，再根据此时间进行计算[6]。
根据《钢结构设计规范》（GB 50017—2003），在建筑主要结构构件的计算分析中采用PK-PM（2010）软件；
根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）的规定进行验算，视建筑工程实际情况进行楼屋面恒载的取值，视现场检测结果确定房屋承重构件的强度。建筑结构计算控制数据丰富，考虑荷载取值、材料自重、地震作用取值、材料强度取值等方面，具体如表2 所示。
表2 建筑结构计算控制数据
现场检测结果显示，楼板结构形态完整，无裂缝、渗水、变形等质量缺陷，满足工程要求；
楼板与周边构件连接位置准确且稳定可靠，未见松动；
外围护墙体结构形态合理、稳定性好，无偏斜、裂缝、受损等问题；
屋面无裂缝、变形、渗漏水等异常状况。总体上，房屋各部位结构的质量均达标，完整性、稳定性各方面均达到要求。同时，检测结果的全面性和准确性均良好，可有效反映结构的质量。
综上所述，钢结构是建筑工程中的常见结构形式，切实提高钢结构的施工质量有利于打造高品质的建筑工程。为评价建筑钢结构的质量，在工程建设阶段采用钢结构检测技术，经过检测后及时发现建筑钢结构存在的变形、裂缝、倾斜等问题，结合建筑工程施工条件采取控制措施，消除质量缺陷，凭借质量可靠的建筑钢结构提高建筑的整体施工质量。经过本文的分析，提出建筑钢结构检测技术及其应用要点，希望对同仁有参考意义。
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