中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、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)。
摘要：鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)及鑒定是保障建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性的重要措施。結(jié)合建筑鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際特點(diǎn)，采用科學(xué)合理地健康檢測(cè)及鑒定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患，避免造成鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故。本文對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)及鑒定進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。
關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)；健康檢測(cè)；無(wú)損檢測(cè)
一．引言
隨著高層建筑的逐漸興起，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)也越來(lái)越多。高層建筑結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越復(fù)雜、工作條件越來(lái)越苛刻，由鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量造成的事故也越來(lái)越多，事故危害越來(lái)越大，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)及鑒定提出了更高要求。
二．建筑鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)內(nèi)容
1.幾何量檢測(cè)
裂縫的檢測(cè)包括裂縫出現(xiàn)的部位（分布）、裂縫的走向、裂縫的長(zhǎng)度和寬度。觀察裂縫的分布和走向，可繪制裂縫分布圖。裂縫寬度的檢測(cè)主要用10倍～20倍讀數(shù)放大鏡、裂縫對(duì)比卡及塞尺等工具。裂縫長(zhǎng)度可用鋼尺測(cè)量，裂縫深度可用極薄的鋼片插入裂縫，粗略地測(cè)量，也可沿裂縫方向取芯或超聲儀檢測(cè)。判斷裂縫是否發(fā)展可用粘貼石膏法，將厚10mm左右，寬約50mm～80mm的石膏餅牢固地粘貼在裂縫處，觀察石膏是否裂開(kāi)；也可以在裂縫的兩側(cè)粘貼幾對(duì)手持式應(yīng)變儀的頭子，用手持式應(yīng)變儀量測(cè)變形是否發(fā)展。
2.結(jié)構(gòu)變形檢測(cè)
測(cè)量結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形常用儀器有水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、錘球、鋼卷尺、棉線等常規(guī)儀器以及激光測(cè)位移計(jì)、紅外線測(cè)距儀、全站儀等。結(jié)構(gòu)變形有許多類型，如梁、屋架的撓度，屋架傾斜，柱子側(cè)移等需要根據(jù)測(cè)試對(duì)象采用不同的方法和儀器。測(cè)量小跨度的梁、屋架撓度時(shí)，可用拉鐵絲的簡(jiǎn)單方法，也可選取基準(zhǔn)點(diǎn)用水準(zhǔn)儀測(cè)量。屋架的傾斜變位測(cè)量，一般在屋架中部拉桿處，從上弦固定吊錘到下弦處，量測(cè)其傾斜值，并記錄傾斜方向。
3.結(jié)構(gòu)材料性能檢測(cè)
對(duì)鋼材性能檢測(cè)主要是指裂紋、孔洞、夾渣等。對(duì)焊縫主要是指夾渣、氣泡、咬邊、燒穿、漏焊、未焊透以及焊腳尺寸不足等對(duì)鉚釘或螺栓主要是指漏鉚、漏檢、錯(cuò)位、錯(cuò)排及掉頭。檢測(cè)方法主要是外觀檢查、x射線、超聲波探傷、磁粉探傷方法和滲透探傷方法檢查。超聲法用于金屬材料的探測(cè)要求頻率高，功率不必太大，這樣測(cè)試靈敏度高，測(cè)試精度好。超聲波探傷通常采用縱波探傷和橫波探傷（主要用于焊縫探傷）兩種方法。超聲波對(duì)鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)，要求測(cè)點(diǎn)平整光滑。
4.鋼結(jié)構(gòu)的缺陷
由于人為或自然原因，致使建筑物出現(xiàn)影響正常使用以及承載力、耐久性、整體穩(wěn)定性等不足的問(wèn)題。缺陷表現(xiàn)為具有影響正常使用以及承載力、耐久性、完整性的種種隱藏的和顯露的不足。但缺陷往往是產(chǎn)生事故的直接或間接原因，而事故往往是缺陷的質(zhì)變和經(jīng)久不加處理的發(fā)展。
三.建筑鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)與鑒定現(xiàn)狀
縱觀國(guó)內(nèi)無(wú)損檢測(cè)在建筑業(yè)上的應(yīng)用現(xiàn)狀，非特別重要的構(gòu)件一般不用射線探傷，對(duì)于厚度在8mm及其以上的板材及曲率半徑不大的管材對(duì)接焊縫多采用超聲波探傷，8mm以下的板材和曲率半徑較大的管材對(duì)接焊縫多采用磁粉探傷和滲透探傷而角焊縫基本采用磁粉探傷和滲透探傷。
雖然全息探傷是發(fā)展方向，但目前工程實(shí)踐中幾乎沒(méi)有應(yīng)用。然而，對(duì)于4mm～8mm范圍內(nèi)的鋼板對(duì)接焊縫，用磁粉探傷和滲透探傷都只能探到表面和近表面的缺陷，特別是對(duì)只能單面探傷的焊縫內(nèi)部缺陷較難探出，而普通超聲儀探頭能探測(cè)到的最小厚度是8mm。
對(duì)于這一厚度范圍的鋼板或管材探測(cè)焊縫內(nèi)部缺陷必須結(jié)合工程實(shí)際情況研制專門的超聲儀探頭，才能進(jìn)行探傷檢測(cè)。焊接連接是鋼結(jié)構(gòu)中最基本的一種連接方式，按焊縫與母材的連接位置可分為對(duì)接焊縫和角焊縫，對(duì)接焊縫包括完全焊透的對(duì)接焊縫和部分焊透的對(duì)接焊縫，角焊縫分直角焊縫和斜角焊縫。
依據(jù)GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，焊縫應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀態(tài)等情況按一定原則確定不同的質(zhì)量等級(jí)。對(duì)于不同質(zhì)量等級(jí)的焊縫，GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求進(jìn)行表觀檢查和內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)。
四.建筑鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)及鑒定應(yīng)用及發(fā)展策略
1.直接檢測(cè)法技術(shù)應(yīng)用
在鋼結(jié)構(gòu)的檢測(cè)技術(shù)日益發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的直接觀測(cè)檢查仍然起到了很大的作用。
從經(jīng)濟(jì)性的角度去看，任何一種現(xiàn)代化的檢測(cè)技術(shù)都需要大量的資金支持，因此，傳統(tǒng)的直接檢測(cè)法具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)直接觀測(cè)檢查法，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面的氣泡、裂縫以及咬邊、熔合等常規(guī)缺陷進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)然，這種方法需要工作人員常年的工作經(jīng)驗(yàn)積累，需要工作人員的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和工作技術(shù)做支撐，才能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢測(cè)。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的檢測(cè)方法，使傳統(tǒng)的檢測(cè)方法發(fā)揮更大的作用。
2.磁粉檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用
磁粉檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)的重要技術(shù)之一，其原理是當(dāng)鋼鐵材料被磁化以后，鋼結(jié)構(gòu)上面將會(huì)出現(xiàn)磁力線的分布情況，通過(guò)分析磁力線的分布，可以判斷出鋼結(jié)構(gòu)是否存在缺陷。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)存在裂縫等缺陷時(shí)，磁力線將會(huì)因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)破損而發(fā)生扭曲或變形，通過(guò)一些合適的光照就可以直觀的觀測(cè)到這些缺陷，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)損傷的檢測(cè)。在沒(méi)有破損、裂縫的鋼結(jié)構(gòu)上，磁力線應(yīng)該表現(xiàn)為全部通過(guò)這類材料，并且排列整齊；如果鋼結(jié)構(gòu)存在缺陷，表面粗糙，則磁力線經(jīng)過(guò)鋼結(jié)構(gòu)表面時(shí)會(huì)發(fā)生扭曲，而且缺陷越大，磁力線的扭曲程度就越大。這種檢測(cè)方法一般用于鐵磁性的材料，例如鋼管、鋼板以及鑄鋼零件等，而且具有成本較低、使用方便、檢測(cè)結(jié)果直觀顯示、檢測(cè)效率高等優(yōu)點(diǎn)。但是，它也存在一定的缺陷，這種檢測(cè)只能用于鐵磁性材料，而且對(duì)檢測(cè)員的視力要求較高。
3.超聲波法技術(shù)應(yīng)用
利用超聲波法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合檢測(cè)，基本原理是在鋼結(jié)構(gòu)的一側(cè)安裝發(fā)射探頭，通過(guò)發(fā)射探頭將電能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能，發(fā)出超聲波可以穿透鋼結(jié)構(gòu)，到結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。然后通過(guò)接收探頭將接收到的超聲波接收后再還原成電信號(hào)，隨后將這個(gè)信號(hào)放大，就可以在示波器上顯示出來(lái)。聲波傳送的時(shí)間則是通過(guò)數(shù)碼顯示器得到，并可以打印出具體的數(shù)值。因?yàn)槌暡ㄋ┩傅匿摻Y(jié)構(gòu)厚度（距離）是已知的，就可以根據(jù)超聲脈沖發(fā)出和到達(dá)的時(shí)間，算出聲波在鋼結(jié)構(gòu)中的傳播速度，從聲速上就可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行判斷。一般來(lái)講，鋼結(jié)構(gòu)的密度越大，則所測(cè)得的聲速也就會(huì)越大。相反，如果鋼結(jié)構(gòu)的密度比較小，材質(zhì)相對(duì)稀疏，則測(cè)得聲速也會(huì)變的較小。通過(guò)超聲波檢測(cè)，可以有效的檢測(cè)出鋼結(jié)構(gòu)的完整性，保證鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全。由此可知，超聲波檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量和完整性的理論基礎(chǔ)是彈性波波速與媒質(zhì)特性之間的關(guān)系。從聲波傳送的速度可以推測(cè)出所穿透的鋼結(jié)構(gòu)特性的變化。
4.力學(xué)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用
（1）高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法
根據(jù)作用在鋼結(jié)構(gòu)的動(dòng)荷載的能量是否可以使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性位移，可以將動(dòng)力檢測(cè)法分為高應(yīng)變動(dòng)力和低應(yīng)變動(dòng)力兩種方法，也就是高應(yīng)反射波法和低應(yīng)反射波法。高應(yīng)反射波法是指利用幾十甚至幾百斤重的重錘來(lái)敲鋼結(jié)構(gòu)的一側(cè)，同時(shí)在鋼結(jié)構(gòu)兩側(cè)距受力端一段距離處對(duì)稱安裝力和速度傳感器，測(cè)定重錘沖擊下的作用力和速度信號(hào)。這種方法作用在受力處的能量較大，應(yīng)力和應(yīng)變水平與鋼結(jié)構(gòu)使用環(huán)境下的應(yīng)力應(yīng)變水平相接近，分析鋼結(jié)構(gòu)受力時(shí)輸出的信號(hào)，通過(guò)動(dòng)荷載來(lái)檢驗(yàn)鋼結(jié)構(gòu)的承載能力。
（2）低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法
低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法是采用低能量的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振，通過(guò)讓鋼結(jié)構(gòu)在合理的彈性范圍內(nèi)進(jìn)行較低幅度的振動(dòng)，然后再根據(jù)波動(dòng)理論和振動(dòng)來(lái)判斷鋼結(jié)構(gòu)的缺陷。目前我國(guó)低應(yīng)變動(dòng)測(cè)試法主要有應(yīng)力波反射法和振動(dòng)波法，其中反射波的應(yīng)用最廣泛。然而低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法能否測(cè)定承載力在國(guó)內(nèi)還存在一定爭(zhēng)議。因?yàn)榈蛻?yīng)變反射波法把鋼結(jié)構(gòu)看作一維彈性均質(zhì)桿件，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)一端受到?jīng)_擊時(shí)，應(yīng)力波將會(huì)沿著鋼結(jié)構(gòu)向下傳播，當(dāng)遇到阻礙時(shí)發(fā)生反射，由頂端的傳感器進(jìn)行接收，然后經(jīng)過(guò)動(dòng)測(cè)儀的采集處理后，記錄反射信號(hào)，根據(jù)實(shí)測(cè)時(shí)域的信號(hào)波形的浮動(dòng)值和相位特征來(lái)判斷鋼結(jié)構(gòu)是否存在缺陷。
5. 基于超聲波無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用
超聲波探傷具有高靈敏度、操作簡(jiǎn)便、探測(cè)速度快、成本低且對(duì)人體無(wú)損傷的優(yōu)點(diǎn)，故得到廣泛應(yīng)用。在檢測(cè)前，首先要了解設(shè)計(jì)對(duì)焊接質(zhì)量的技術(shù)要求。
目前鋼結(jié)構(gòu)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》來(lái)執(zhí)行的。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)于設(shè)計(jì)要求焊縫焊接質(zhì)量等級(jí)為I級(jí)，評(píng)定等級(jí)為Ⅱ級(jí)時(shí)，規(guī)范規(guī)定要求做100%超聲波檢測(cè)；對(duì)于設(shè)計(jì)要求焊縫焊接質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)，評(píng)定等級(jí)為Ⅲ級(jí)時(shí)，規(guī)范規(guī)定要求做20%超聲波檢測(cè)；對(duì)于設(shè)計(jì)要求焊縫焊接質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)時(shí)不做超聲波內(nèi)部缺陷檢查。
在此值得注意的是超聲波檢測(cè)用于全熔透焊縫，其檢測(cè)比例按每條焊縫，長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)計(jì)算，并且不小于200mm。對(duì)于局部檢測(cè)的焊縫，如果發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷時(shí)：
（1）應(yīng)該在該缺陷兩端的延伸部位增加檢測(cè)長(zhǎng)度，增加長(zhǎng)度不應(yīng)小于該焊縫長(zhǎng)度的10%且不應(yīng)小于200mm，當(dāng)仍有不允許的缺陷時(shí)，應(yīng)對(duì)該焊縫進(jìn)行100%的檢測(cè)檢查；
?。?）應(yīng)該清楚檢測(cè)時(shí)機(jī)，碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在焊縫冷卻到環(huán)境溫度后，低合金結(jié)構(gòu)鋼在焊接完成24h以后方可進(jìn)行焊縫檢測(cè)檢驗(yàn)；
（3）應(yīng)該知道待測(cè)工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。截止到目前為止，本人在實(shí)際工作中接觸到的要求檢測(cè)的絕大多數(shù)焊縫都是中厚板對(duì)接焊縫的接頭型式，所以下面主要就對(duì)焊縫檢測(cè)的操作做針對(duì)性的總結(jié)。
一般的母材厚度在8mm～30mm之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這些數(shù)據(jù)后才可以進(jìn)行檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作。在每次檢測(cè)操作前都必須利用標(biāo)準(zhǔn)試塊（CSK—IA、CSK—ⅢA），校準(zhǔn)儀器的綜合性能及檢測(cè)靈敏度、校準(zhǔn)面板曲線，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
五．結(jié)束語(yǔ)
建筑鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)及鑒定是保障建筑鋼結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量的重要策略，通過(guò)做好鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)及鑒定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患，采用合理補(bǔ)救措施，確保建筑質(zhì)量安全、穩(wěn)定。
李中華1 張津銘2
1.2煙臺(tái)市建工檢測(cè)服務(wù)中心；1.身份證號(hào)碼：370602197905091316；
2.身份證號(hào)碼：37108219860720003x
參考文獻(xiàn)：
[1]馬汀，李元齊，羅永峰等.建筑鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)與鑒定現(xiàn)狀[C].//首屆全國(guó)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)專輯.2006：427-430.
[2]馬汀.既有建筑鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)與監(jiān)測(cè)框架體系的研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2007.
[3]李凱文.某單層鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)檢測(cè)[C].//第三屆全國(guó)鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)交流會(huì)論文集.2010：658-659.
[4]李杰.某單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的檢測(cè)和加固優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，2008.
[5]馬曉.大型體育場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)工程健康狀況在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與工程應(yīng)用[D].山東建筑大學(xué)，2009.
[6]李元齊，袁艷敏.既有建筑鋼結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)估方法探討[C].//第二屆全國(guó)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)論文集.2009：472-475.
