摘要：鋼結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑，本文論述了鋼結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方法及其為保證其穩(wěn)固性的加固措施。為鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：
鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè) 加固
鋼結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑，由于設(shè)計(jì)、施工、使用管理不當(dāng)，材料質(zhì)量不符合要求，使用功能改變，遭受災(zāi)害損壞以及耐久性不足等原因，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)以及
加固設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，對(duì)已有工業(yè)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，并采取加固措施是一條有效的途徑，國(guó)內(nèi)大批鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的使用期限已接近結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期，因此，近年來(lái)工業(yè)廠(chǎng)房鋼結(jié)構(gòu)在安全評(píng)定和加固技術(shù)方面，有了更多的工程實(shí)踐機(jī)會(huì)，這也將促進(jìn)相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定和改進(jìn)。
1
鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，能夠在不損壞鋼結(jié)構(gòu)的前提下對(duì)之進(jìn)行全面檢測(cè)。下面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。
1.1
磁粉檢測(cè)技術(shù)
當(dāng)鋼鐵材料被磁化后，被檢測(cè)對(duì)象上面將出現(xiàn)磁力線(xiàn)均勻分布。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂痕等缺陷時(shí)，工件表面的磁力線(xiàn)會(huì)發(fā)生局部的變形或漏磁，使用合適的光照就可以看到這些缺陷，這樣就可以達(dá)到檢測(cè)的目的。這種檢測(cè)方法適用于鐵磁性材料的鋼結(jié)構(gòu)工件，比如鋼管、鑄鋼工件和鋼板等，對(duì)于這些材料加工而成的工件也可以進(jìn)行檢測(cè)。磁粉檢測(cè)技術(shù)成本低、使用方便、檢測(cè)效率高、檢測(cè)結(jié)果非常直觀(guān)。但是它只能用于檢測(cè)鐵磁性材料的表面缺陷，對(duì)于檢測(cè)員的視力要求較高。
1.2
射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)
射線(xiàn)是一種高頻短波的電磁波。鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)一般使用X射線(xiàn)，這種射線(xiàn)具有穿透能力強(qiáng)，衰減率低等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)X射線(xiàn)穿透被測(cè)工件后，會(huì)被部分吸收并衰減，由于缺陷的存在，會(huì)影響X射線(xiàn)的吸收和衰減。當(dāng)射線(xiàn)到達(dá)膠片后，由于膠片吸收了數(shù)量不同的光子，就會(huì)出現(xiàn)缺陷的映像，檢測(cè)人員根據(jù)這些映像即可判斷缺陷的大小和性質(zhì)。X射線(xiàn)檢測(cè)方法適用于工件厚度在80mm以?xún)?nèi)的缺陷檢測(cè)，具有檢測(cè)結(jié)果直觀(guān)、定性準(zhǔn)確、檢測(cè)結(jié)果可長(zhǎng)期保留易于存檔等優(yōu)點(diǎn)，但是這種方法成本較高，檢測(cè)周期長(zhǎng)，效率低，在檢測(cè)中會(huì)對(duì)檢測(cè)員身體產(chǎn)生一定的傷害。
1.3
超聲波檢測(cè)技術(shù)
超聲波是指頻率大于20000MHz的聲波，根據(jù)傳播時(shí)介質(zhì)的振動(dòng)方和傳播方向不同，可分為縱波、橫波、板波和表面波等。在鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中主要使用縱波和橫波。超聲波探傷設(shè)備產(chǎn)生的超聲波在被檢查對(duì)象中傳播，當(dāng)遇到缺陷時(shí)，一部分聲波會(huì)反射回來(lái)，經(jīng)過(guò)放大處理，即可在示波屏上顯示這些缺陷。超聲波檢測(cè)方法適用于各類(lèi)板材、管材、鍛件、鑄件等鋼結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。這種檢測(cè)方法成本較低、檢測(cè)周期短并且效率高，超聲波檢測(cè)所用儀器小，操作方便，能夠?qū)θ毕葸M(jìn)行精確的定位，然而這種方法的檢測(cè)結(jié)果不利于長(zhǎng)期保存，難以形成歷史檔案，較多的依賴(lài)于檢測(cè)員的經(jīng)驗(yàn)，客觀(guān)性稍差。
1.4
滲透檢測(cè)技術(shù)
滲透檢測(cè)技術(shù)是將被檢查對(duì)象的表面用含有熒光或著色的液體進(jìn)行滲透，在毛細(xì)現(xiàn)象的作用下，液體可以滲透到表面開(kāi)口的缺陷中。當(dāng)把表面多余的液體去除并對(duì)工件進(jìn)行干燥處理，再對(duì)被檢查工件表面施加顯像劑。同樣在毛細(xì)現(xiàn)象作用下，顯像劑將吸附缺陷中的滲透液。使用光照后，缺陷中的滲透液會(huì)被顯示，從而達(dá)到檢驗(yàn)缺陷的目的。這種方法適用于非多口的鋼結(jié)構(gòu)表面缺陷，其使用方法簡(jiǎn)單、操作靈活、檢測(cè)靈敏度高并且結(jié)果直觀(guān)，但是這種方法只能用于表面開(kāi)口的缺陷檢測(cè)，對(duì)于被檢測(cè)對(duì)象的光潔度要求高，當(dāng)被檢測(cè)對(duì)象表面有涂料、鐵銹和氧化皮等材料覆蓋缺陷時(shí)，容易形成漏檢，這這種檢測(cè)方法成本較高，對(duì)檢測(cè)員視力要求也比較高。
2
鋼結(jié)構(gòu)加固措施
目前鋼結(jié)構(gòu)的加固方法主要包括減輕荷載、改變計(jì)算圖形、加大原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接節(jié)點(diǎn)的加固、阻止裂紋開(kāi)展等，施工方法主要有負(fù)荷加固、卸荷加固和從原結(jié)構(gòu)上拆下加固或更新部件進(jìn)行加固。
荷載和結(jié)構(gòu)體系的改變與工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)有關(guān)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在鋼結(jié)構(gòu)改擴(kuò)建工程中涉及的加固改造技術(shù)研究主要集中在加大原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和加強(qiáng)連接強(qiáng)度兩個(gè)方面。加大原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的方式主要有將工字形截面改為箱形截面、翼緣外側(cè)貼焊鋼板，外粘鋼板、
碳纖維布加固等；連接節(jié)點(diǎn)的加固方法主要包括貼板加強(qiáng)、粘鋼加固、外包鋼加固、碳纖維布加固等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)領(lǐng)域開(kāi)展了廣泛的研究，大量的試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬不斷開(kāi)拓了鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)方法，特別是CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)日趨成熟。
2.1 改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形
改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的實(shí)質(zhì)是改變結(jié)構(gòu)的傳力體系。冶金、電力、石油化工、機(jī)械制造等行業(yè)的工業(yè)廠(chǎng)房具有復(fù)雜的工藝要求和設(shè)備布局，其鋼結(jié)構(gòu)的改擴(kuò)建大部分是在不停產(chǎn)的條件下進(jìn)行的，結(jié)構(gòu)體系調(diào)整受到許多因素制約，因此，采取改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固改造項(xiàng)目具有各自不同的工程特點(diǎn)。改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)改擴(kuò)建工程中，是一種常見(jiàn)的加固方法，其具體的技術(shù)手段要結(jié)合施工難度、經(jīng)濟(jì)效益、工藝要求、使用功能等方面綜合考慮。值得一提的是，在加固設(shè)計(jì)過(guò)程中，除應(yīng)對(duì)被加固結(jié)構(gòu)承載力和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算外，還應(yīng)注意其對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和使用功能的影響，考慮在結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)以及支座中的內(nèi)力重分布，對(duì)結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)進(jìn)行必要的補(bǔ)充驗(yàn)算，并采取切實(shí)可行的合理構(gòu)造措施。
2.2
構(gòu)件截面加固 構(gòu)件截面加固的實(shí)質(zhì)是通過(guò)增加構(gòu)件截面面積加大構(gòu)件剛度，實(shí)現(xiàn)鋼框架整體承載能力的提高。構(gòu)件截面加固方法主要有:將工字形截面改為箱形截面，翼緣外側(cè)貼焊鋼板，外粘鋼板、碳纖維布加固等。采用加大截面的方法加固鋼構(gòu)件時(shí)，所選截面形式應(yīng)有利于加固技術(shù)要求并考慮已有缺陷和損傷情況，以上方法并不是在任何鋼結(jié)構(gòu)加固中都可以運(yùn)用，因此了解不同加固方法的特點(diǎn)對(duì)加固設(shè)計(jì)方案的選取十分必要。當(dāng)加固鋼板的寬度大于鋼柱翼緣時(shí)，翼緣的焊接殘余應(yīng)力從壓應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力，從而提高熱軋工型鋼柱的承載力；間斷性焊接加固效果并不理想，加固焊縫位于翼緣邊緣時(shí)能得到最佳加固效果。對(duì)有幾何缺陷和預(yù)應(yīng)力的鋼柱進(jìn)行加固時(shí)，考慮截面塑性區(qū)的發(fā)展，引入鋼柱截面彎曲剛度下降的修正系數(shù)，貼焊鋼板的殘余應(yīng)力會(huì)降低鋼柱的屈曲承載力。
2.3 連接節(jié)點(diǎn)加固
連接節(jié)點(diǎn)加固是鋼結(jié)構(gòu)改擴(kuò)建中最復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)，技術(shù)措施主要有焊縫加固、粘鋼加固、碳纖維加固、套管加固、肋板加固等。鋼結(jié)構(gòu)加固連接方法的選擇，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)需要加固的原因、目的、受力狀態(tài)及施工條件，并考慮結(jié)構(gòu)原有的連接方法確定，在同一受力部位連接的加固中，不宜采用剛度相差較大的加固措施。
鋼管結(jié)構(gòu)相貫節(jié)點(diǎn)的加固方法主要有主管上加套管、加內(nèi)隔板、主管加勁環(huán)加固及肋板加固等鋼結(jié)構(gòu)相貫節(jié)點(diǎn)的研究表明，構(gòu)件加厚或者設(shè)置加勁板可以有效防止節(jié)點(diǎn)的脆性破壞，能夠改善節(jié)點(diǎn)的延性；自從美國(guó)北嶺地震以來(lái)，蓋板加固逐漸被廣泛研究，蓋板加固能防止節(jié)點(diǎn)的脆性破壞，蓋板的不同布置方式及形狀是節(jié)點(diǎn)加固的主要設(shè)計(jì)因素；相比于前兩種焊接加固，碳纖維布加固不僅能提高構(gòu)件的承載力，也避免了焊接殘余應(yīng)力對(duì)既有結(jié)構(gòu)的損傷。
3 小結(jié)
鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)農(nóng)業(yè)中的重要地位逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要組成部分。鋼結(jié)構(gòu)安全關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)的缺陷進(jìn)行判斷與評(píng)估，是保證鋼結(jié)構(gòu)安全的重要手段之一。在選擇具體的加固方案時(shí)，要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作環(huán)境、施工條件、經(jīng)濟(jì)效益等綜合考慮。，在今后的研究工作中，筆者認(rèn)為還需要注意以下幾點(diǎn)：貼焊鋼板加固構(gòu)件截面能有效改善結(jié)構(gòu)承載力，但是焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響值得重視，盡管規(guī)范對(duì)荷載作用下焊接加固的名義應(yīng)力做出了要求，焊接加固后構(gòu)件的應(yīng)力分布有待進(jìn)一步研究；板件加厚和設(shè)置加勁板被證實(shí)能夠有效防止鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的脆性破壞，但是對(duì)加固后節(jié)點(diǎn)的屈曲性能、屈曲破壞等研究尚不夠深入；蓋板加固鋼框架節(jié)點(diǎn)取得了預(yù)期的效果，但是對(duì)于蓋板加固后鋼框架節(jié)點(diǎn)的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)的研究目前比較空缺，加固后節(jié)點(diǎn)的半剛性性能研究有待進(jìn)一步深入；碳纖維布加固構(gòu)件截面和節(jié)點(diǎn)能夠有效避免焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷，能夠有效提高結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，但是當(dāng)前的研究?jī)H局限于對(duì)板材和鋼管的研究，在負(fù)荷結(jié)構(gòu)的碳纖維加固領(lǐng)域，希望能夠取得更加有價(jià)值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論研究成果。
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