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)集團企業(yè)。
本文闡述了現(xiàn)場質(zhì)量檢測在鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程中的意義，并針對當今鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在工程中容易出現(xiàn)的問題，提出相應(yīng)的檢測方法，同時結(jié)合網(wǎng)架工程的檢測實例，闡明了現(xiàn)場質(zhì)量檢測在鋼網(wǎng)架工程中的重要性和必要性。
關(guān)鍵詞：鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 質(zhì)量檢測
隨著社會的發(fā)展，大跨度空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日趨增多，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以它的受力合理，造價經(jīng)濟，外形多變美觀而廣泛應(yīng)用于大型體育場館、工業(yè)廠房、大型展廳等建筑場所。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力合理，是因為其受力呈空間工作狀態(tài)，作為網(wǎng)架的所有桿件都能參與工作，其剛度和整體性明顯優(yōu)于平面結(jié)構(gòu)，具有良好的抗震性能。同時，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的理論研究日趨成熟，電算技術(shù)不斷完備，且高強材料的應(yīng)用，桿件與節(jié)點制作的定型化、工業(yè)化及簡便有效、不斷創(chuàng)新的施工方法為建筑領(lǐng)域鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的發(fā)展創(chuàng)造了條件。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般空間跨度較大，但在拼裝成整體之前，還不能起到空間作用，且施工比一般平面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝技術(shù)和精確程度要求較高，因而在網(wǎng)架工程施工中，應(yīng)嚴格按照《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205）、《網(wǎng)架工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JGJ78）及《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》等進行檢測及工程質(zhì)量控制。根據(jù)上述標準內(nèi)容和網(wǎng)架的具體特點，可從以下內(nèi)在因素加強和完善網(wǎng)架特別是大型異型網(wǎng)架工程的現(xiàn)場質(zhì)量檢測，對控制網(wǎng)架工程質(zhì)量十分重要。
1 桿件應(yīng)力測試
網(wǎng)架施工分制作和安裝兩個過程，一般部件制作在工廠完成，而在工地現(xiàn)場進行安裝。桿件在下料或機器加工過程中難免存在一定的偏差，現(xiàn)場安裝時，又受環(huán)境、溫度、安裝工藝及前期工程中支座軸線及標高等因素影響，使得網(wǎng)架在拼裝過程中產(chǎn)生附加應(yīng)力，導(dǎo)致局部桿件的實際受力與設(shè)計相差較大，甚至危及網(wǎng)架的安全使用。例如，某高校體育館網(wǎng)架為54.0m×54.0m的焊接正放四角錐形式，檢測中對部分主要受力桿件進行了應(yīng)力監(jiān)控測試，該網(wǎng)架系現(xiàn)場高空拼裝，由于偏差累計，造成個別支座點偏差較大，而施工單位采用滑輪倒鏈施加外力，強行糾偏，使得所測個別桿件應(yīng)力幾乎達到屈服強度，因檢測時及時發(fā)現(xiàn)了該嚴重的錯誤施工法，立即制止并避免了該作法可能造成的不利后果。因此，為保證網(wǎng)架的工程質(zhì)量，對網(wǎng)架特別是大型、異性網(wǎng)架的桿件應(yīng)力進行測試是尤為必要的。
測試應(yīng)力的桿件一般可選擇設(shè)計內(nèi)力較大的桿件、支座附近桿件、在同一節(jié)點球上規(guī)格變化較大的較小規(guī)格桿件，方法采用粘貼應(yīng)變片。為了消除溫度影響，應(yīng)變片采用全橋或半橋溫度自動補償法；應(yīng)變片在桿件同一截面兩個或四個對稱位置分別粘貼，以利于分析桿件軸向受力與彎曲受力狀況。這樣，可以在網(wǎng)架不同受荷階段得到相應(yīng)狀況下的桿件應(yīng)力，同時也可監(jiān)控焊接工藝或網(wǎng)架吊裝對桿件的影響程度。這一點曾在對某大型懸挑網(wǎng)架檢測時起到了明顯的效果，該懸挑網(wǎng)架根部下弦處桿件規(guī)格為Φ159×12，一端采用螺栓球節(jié)點，一端與焊接球支座焊接連接，施工時先把螺栓球一端的網(wǎng)格節(jié)點拼完后開始焊接支座處一端，焊完后發(fā)現(xiàn)桿件中部普遍向上起拱變曲，最大變形達5～6mm，因為桿件當時并未受其它外力作用，為找其原因，對桿件焊接端采用了不同的工藝焊接，同時測試其桿件應(yīng)力變化，經(jīng)測試分析，發(fā)現(xiàn)主要是焊接工藝不當加之冬季施工，造成焊縫收縮不勻，其中焊接產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力達43.8Mpa，后經(jīng)改變焊接工藝，對每根桿件采用多次對稱施焊，有效的消除了桿件彎曲現(xiàn)象。
桿件應(yīng)力測試，不可能直接反映全部設(shè)計荷載下的應(yīng)力值，但從所測部分網(wǎng)架桿件在不同荷載階段的應(yīng)力表明，其應(yīng)力與受荷大小基本呈線性比例關(guān)系，因此可由一定荷載下的應(yīng)力推算出全部設(shè)計荷載下的相應(yīng)桿件應(yīng)力，為科學(xué)真實的分析網(wǎng)架受力提供重要依據(jù)。
2 支座的反力及相對高差調(diào)整網(wǎng)架支座的受力狀況，直接影響網(wǎng)架及下部支撐結(jié)構(gòu)的受力，要消除支座不合理受力的影響，一方面控制和減小多種因素造成的累積偏差，另一方面應(yīng)嚴格要求土建工程對支座軸線和標高的控制。工程中如因上述原因造成網(wǎng)架支座偏差較大和懸空現(xiàn)象時，就應(yīng)進行支座相對高差和支座反力調(diào)整，以保證網(wǎng)架及下部結(jié)構(gòu)的受力安全。例如某周邊支承的焊接球節(jié)點網(wǎng)架，共52個支座，高空拼裝完成后，在自重下有懸空支座25個，占全部支座的48%，其中個別支座附近的桿件應(yīng)力也達相應(yīng)荷載下設(shè)計應(yīng)力值的140%～200%，而懸空支座附近桿件應(yīng)力遠遠小于設(shè)計應(yīng)力，為消除該應(yīng)力重分布對網(wǎng)架和下部結(jié)構(gòu)的不利影響，檢測中對該網(wǎng)架的支座反力進行了調(diào)整，通過力傳感器和同步液壓頂升系統(tǒng)對懸空支座進行墊塞鋼板，使支座最終受力與設(shè)計值基本相符，經(jīng)多年使用后效果良好。因此，特殊情況下對支座反力進行調(diào)整也是十分重要的檢測手段。
實際上，《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205）和《網(wǎng)架工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JGJ78）中均對網(wǎng)架的安裝偏差提出相應(yīng)的要求，其目的就是要保證網(wǎng)架的實際受力狀況與設(shè)計相符，而對相對高差較大或懸空的支座進行調(diào)整，也是為保證網(wǎng)架的合理受力及下部支承結(jié)構(gòu)的安全，因此支座的反力及高差調(diào)整應(yīng)當以受力合理為前提。
通過對一些網(wǎng)架工程中支座相對高差的檢測，發(fā)現(xiàn)支座高差偏大主要是由于拼裝偏差或焊接應(yīng)力引起附加變形造成，通過支座調(diào)整，可消除該附加變形對網(wǎng)架局部受力造成的不利影響，所以在對支座調(diào)整過程中，應(yīng)當以相應(yīng)支座處桿件的受力安全為重點，不能盲目追求相對標高的一致而不考慮受力。例如，在一個柱點支承的廠房網(wǎng)架檢測中，個別支座相對高差較大，其中最低與最高支座相對高差達81mm，相鄰支座最大相對高差為42mm，均超出了標準規(guī)范的要求，而施工單位為了減小支座相對高差，僅對較低支座盲目頂升，導(dǎo)致該支座處的下弦桿彎曲變形，相鄰支座出現(xiàn)懸空，檢測中發(fā)現(xiàn)后，立即制止了該錯誤做法。經(jīng)分析原因，造成支座相對高差較大主要是由于網(wǎng)架分塊吊裝后在高空對支座桿件拼裝時偏差較大引起，因此調(diào)整中，要求對頂升導(dǎo)致桿件變形的支座高度進行降低復(fù)原，對較高支座的豎向肋板適當降低，并對偏差較大的支座桿件進行了調(diào)整，確保網(wǎng)架受力合理的同時，減小了最低與最高支座高差及相鄰支座高差，滿足了規(guī)范要求。
3 網(wǎng)架撓度測試網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的撓度,是設(shè)計和施工質(zhì)量的綜合反映，一般包含網(wǎng)架的自重撓度、屋面結(jié)構(gòu)全部安裝完畢后的恒載撓度及網(wǎng)架分條（分塊）、高空滑移等施工時出現(xiàn)的撓度。按照《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JGJ78-91）的規(guī)定，所測的撓度值不得超過相應(yīng)設(shè)計值的15%，因此在對網(wǎng)架撓度實際檢測中，應(yīng)嚴格按照標準要求進行評定。在對一些網(wǎng)架的檢測過程中，發(fā)現(xiàn)部分施工單位的自檢資料中經(jīng)常存在以下問題：有的把網(wǎng)架自重或受部分荷載（檁條、屋面板、馬道等）下的撓度測量值與全部設(shè)計荷載下的設(shè)計撓度值進行比較和評定，有的把實測撓度與《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》中對設(shè)計要求的容許撓度不大于L/250（L為跨度、用作屋蓋）或L/300（L為跨度、用作樓層）進行比較評定，這顯然是不合適的，前者是荷載狀況沒有對應(yīng)，后者是對設(shè)計提出的要求，也就是要求網(wǎng)架設(shè)計應(yīng)當選擇恰當?shù)男问胶蛣偠龋@樣，一旦設(shè)計的形式和剛度確定，只有網(wǎng)架的計算撓度才與相應(yīng)荷載狀況下的實測撓度具有可比性，其實測撓度也才能真正反映網(wǎng)架的設(shè)計與施工質(zhì)量。網(wǎng)架的撓度一般應(yīng)在不同受荷階段分別測試，因網(wǎng)架工程拼裝完成后，實測撓度結(jié)果中除撓度值外，難免存在施工偏差，撓度值隨荷載變化基本呈線性變化，而施工偏差一般不隨荷載變化而變化，因此，網(wǎng)架在相應(yīng)荷載下以至全部設(shè)計荷載下的撓度f=f0+fi，其受力狀況與相應(yīng)撓度值如圖3.1所示。
4 焊縫質(zhì)量檢測通常網(wǎng)架有焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點及焊接鋼板節(jié)點等形式，尤以前兩種形式最為常見。然而不論何種節(jié)點，作為鋼結(jié)構(gòu)的主要連接方法，焊接焊縫的質(zhì)量對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全起著尤為重要的作用。
一般焊接鋼板（或焊接空心球）節(jié)點本身焊縫、焊接球的管球連接焊縫、螺栓球的鋼管與錐頭（封板）焊縫及球節(jié)點上的吊車懸掛點焊縫等級要求較高，因此檢測中，除對焊縫外觀嚴格檢查的同時，要求對焊縫的內(nèi)在質(zhì)量按一、二級焊縫質(zhì)量等級采用超聲波探傷檢測。
根據(jù)國家標準《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205）的要求，一級焊縫要求100%探傷檢測，二級焊縫要求抽查20%，施工單位應(yīng)嚴格按照該要求進行自檢，當全面自檢認為合格基礎(chǔ)上進行驗證性檢測時，可適當減少檢測數(shù)量，但檢測發(fā)現(xiàn)有不合格焊縫時，應(yīng)當加大檢測數(shù)量。在網(wǎng)架的焊縫質(zhì)量檢測中，應(yīng)當作到早檢查，早發(fā)現(xiàn)，對發(fā)現(xiàn)的問題認真分析，以消除材料、工藝、環(huán)境或人為因素的影響，并應(yīng)對可能影響安全使用的所有焊接質(zhì)量進行全面控制，否則就會產(chǎn)生隱患。
例如某異型螺栓球節(jié)點網(wǎng)架，檁托與上弦螺栓球應(yīng)采用螺栓連接，而工程中部分檁托因節(jié)點球上未加工螺孔，對檁托與鋼球采用了焊接，檢測時發(fā)現(xiàn)個別焊縫有裂紋存在，經(jīng)分析，原因在于實心球材質(zhì)為碳當量較高的45號鋼，且剛度大，散熱快，而焊接時又未采用預(yù)熱，致使焊接區(qū)域產(chǎn)生了脆性組織，在焊接應(yīng)力和脆性組織產(chǎn)生時的應(yīng)力共同作用下，使焊縫出現(xiàn)裂紋。針對這一質(zhì)量問題，結(jié)合工程實際提出了相應(yīng)的解決辦法，一是對出現(xiàn)裂紋的焊縫刨掉，重新預(yù)熱焊接，另外對未出現(xiàn)裂紋的焊縫采取氧-乙炔火焰后熱以消除應(yīng)力和改善內(nèi)部組織，經(jīng)過處理后取得了良好效果。
5 節(jié)點力學(xué)性能檢驗網(wǎng)架球節(jié)點與桿件的配套檢驗，不僅是對材質(zhì)，也是對焊接質(zhì)量的直接檢驗，有時也可對工程中的特殊情況進行驗證，以便更好的指導(dǎo)施工。在對某焊接球網(wǎng)架檢測中，網(wǎng)架在地面拼裝完成未吊裝前，需對部分規(guī)格的桿件進行更換，因更換部位的節(jié)點球要重復(fù)受高溫作用，且更換會造成部分桿件與節(jié)點球間的焊縫變寬，為檢驗該工藝對其受力性能是否產(chǎn)生影響，對其進行了兩組節(jié)點配套力學(xué)性能的破壞性檢驗，其中一組試樣在加工時，一端球經(jīng)高溫重復(fù)作用，另一端管與球間焊縫加寬，其高溫作用的次數(shù)和加寬焊縫寬度與實際更換時最不利狀況相同，另一組按正常工藝加工，經(jīng)檢驗，兩組均為與焊接球配套的管材首先破壞，力學(xué)性能滿足標準規(guī)定要求，從而為處理上述情況提供了可靠依據(jù)。綜上所述，網(wǎng)架的任何環(huán)節(jié)都是相互影響，相互制約的，加強現(xiàn)場檢測手段對于網(wǎng)架工程的質(zhì)量控制十分重要，而現(xiàn)場檢測中，不僅要從外觀上嚴格控制，而且應(yīng)注重涉及內(nèi)在因素，才能有效的保證網(wǎng)架工程的質(zhì)量。
參考文獻：[1] 中華人民共和國國家標準《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205-2001）
[2] 中華人民共和國行業(yè)標準《網(wǎng)架工程質(zhì)量檢驗評定標準》
