中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
在我國的建設(shè)中經(jīng)常遇到為節(jié)省投資和時間，而重新利用結(jié)構(gòu)還比較完好、經(jīng)過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、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、危險性也比較大，因此必須要掌握一整完整的檢測方法確定實用可行的施工方案及施工措施。本文從結(jié)構(gòu)檢測與鑒定的基本概念出發(fā)，分析了建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測與鑒定的對象，總結(jié)了建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測與鑒定的內(nèi)容及現(xiàn)有手段，并以具體案例分析研究了鋼結(jié)構(gòu)安全性檢測及加固措施。
目前我國的建筑業(yè)已步入第二發(fā)展階段的門檻，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高，建筑結(jié)構(gòu)的檢測和鑒定越來越引起人們的重視，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，國內(nèi)外都曾發(fā)生過許多不同類型、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)疲勞問題；低溫和動載、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)檢測的內(nèi)容。
針對以上鋼結(jié)構(gòu)工程事故常發(fā)生的類型，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程檢測內(nèi)容可分為三個部分：鋼結(jié)構(gòu)材料檢測、鋼結(jié)構(gòu)連接檢側(cè)（包括緊固件檢測和焊縫無損探傷）及鋼結(jié)構(gòu)性能檢測。
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)材料檢測便是針對以上三類材料的檢測。
對于建筑鋼結(jié)構(gòu)連接的檢測，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)量的檢測是鋼結(jié)構(gòu)檢測的主要內(nèi)容。
針對建筑鋼結(jié)構(gòu)性能的檢測涉及面很廣，主要包括以下內(nèi)容和方法：
（1）結(jié)構(gòu)荷載及作用檢測。
（2）結(jié)構(gòu)形體及結(jié)構(gòu)損傷的測定。
?。?）幼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及連接的強(qiáng)度檢測。
（4）結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的穩(wěn)定性核定。
?。?）結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的剛度檢測。
?。?）結(jié)構(gòu)動力性能檢測。
?。?）結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂檢測。
?。?）鋼結(jié)構(gòu)防腐防銹及抗火性能檢測。
2、建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測的技術(shù)-無損檢測在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測的技術(shù)，主要包括力學(xué)性能、理化分析、無損探傷、結(jié)構(gòu)性能等領(lǐng)域。其中鋼結(jié)構(gòu)無損檢測目前應(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)量檢測采用超聲檢測。
2.2 螺栓球節(jié)點鋼網(wǎng)架中的應(yīng)用。
螺栓球節(jié)點鋼網(wǎng)架由螺栓球、高強(qiáng)度螺栓和桿件三個分體構(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，一般采用水洗型著色滲透檢測；桿件焊縫要進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量檢測，依據(jù)JGJ78采用超聲檢測。
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。抽樣數(shù)量和方法，一級焊縫100%檢測，二級焊縫按每條焊縫長度的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。
3、鋼結(jié)構(gòu)加固的方法
3.1 改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固。
改變結(jié)構(gòu)計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)支撐減少柱計算長度。
3.1.1.2 將屋架與柱交接改為剛接，減少柱計算彎矩和計算長度。
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，亦可僅對下翼緣補(bǔ)強(qiáng)加固。對用于梁腹板抗剪強(qiáng)度不足的加固，當(dāng)梁腹板穩(wěn)定性不能保證時，往往采用設(shè)置加勁肋的方式。
3.3 連接和節(jié)點加固。 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節(jié)點加固才能參與原結(jié)構(gòu)工作，破壞了的節(jié)點需要加固。
3.3.1 原焊接連接的加固。
焊接連接的加固應(yīng)采用焊接，可采用增加焊縫長度，加大焊縫高度或兩者同時進(jìn)行的方法實現(xiàn)，優(yōu)先考慮增加焊縫長度。加固焊縫與原有焊縫連接時，施焊前應(yīng)對相接處原有焊縫進(jìn)行處理，使加固焊縫與原有焊縫之間有一平滑過渡，加固焊縫的起點和落點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，應(yīng)按焊縫承受全部作用力設(shè)計計算其連接，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)點連接的擴(kuò)大。
當(dāng)原有連接節(jié)點無法布置加固新增的連接件或焊縫時，可考慮加大節(jié)點連接板或加輔助件，新增節(jié)點板應(yīng)牢靠地焊接在原節(jié)點板上；加輔助件的方法一般要求短斜板與節(jié)點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)個案例情況進(jìn)行了現(xiàn)場檢測鑒定基礎(chǔ)上，對其倒塌原因及今后設(shè)計施工中注意問題進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)如下系列問題：
4.1.1.1 輕鋼屋蓋的施工質(zhì)量沒有保證，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 無正規(guī)的設(shè)計圖紙與施工資料，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)，其兩端的支撐點就會被拉脫而發(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)點桿件與球焊接部位沒有焊跡呈光滑狀態(tài)
5、總結(jié)與展望
總的來說，我國鋼結(jié)構(gòu)加固檢測已逐漸成了熱點。但對已有建筑現(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，但總體技術(shù)水平較低，建筑加固改造市場秩序還比較亂，缺少統(tǒng)一的行為總則來規(guī)范建設(shè)業(yè)務(wù)，對實際工程鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測與加固這類問題的研究，有待于設(shè)計和鑒定理論的提高。
參考文獻(xiàn)：
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