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 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、施工、使用管理不當,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,需要對鋼結(jié)構(gòu)進行檢測以及
加固設(shè)計。實踐證明,對已有工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)進行檢測,并采取加固措施是一條有效的途徑,國內(nèi)大批鋼結(jié)構(gòu)廠房的使用期限已接近結(jié)構(gòu)的設(shè)計周期,因此,近年來工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)在安全評定和加固技術(shù)方面,有了更多的工程實踐機會,這也將促進相應(yīng)的專業(yè)性標準規(guī)范的制定和改進。
1
鋼結(jié)構(gòu)檢測方法 無損檢測技術(shù)是一項綜合技術(shù),能夠在不損壞鋼結(jié)構(gòu)的前提下對之進行全面檢測。下面對鋼結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)進行總結(jié)。
1.1
磁粉檢測技術(shù)
當鋼鐵材料被磁化后,被檢測對象上面將出現(xiàn)磁力線均勻分布。當鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂痕等缺陷時,工件表面的磁力線會發(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,這樣就可以達到檢測的目的。這種檢測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,對于這些材料加工而成的工件也可以進行檢測。磁粉檢測技術(shù)成本低、使用方便、檢測效率高、檢測結(jié)果非常直觀。但是它只能用于檢測鐵磁性材料的表面缺陷,對于檢測員的視力要求較高。
1.2
射線檢測技術(shù)
射線是一種高頻短波的電磁波。鋼結(jié)構(gòu)無損檢測一般使用X射線,這種射線具有穿透能力強,衰減率低等優(yōu)點。當X射線穿透被測工件后,會被部分吸收并衰減,由于缺陷的存在,會影響X射線的吸收和衰減。當射線到達膠片后,由于膠片吸收了數(shù)量不同的光子,就會出現(xiàn)缺陷的映像,檢測人員根據(jù)這些映像即可判斷缺陷的大小和性質(zhì)。X射線檢測方法適用于工件厚度在80mm以內(nèi)的缺陷檢測,具有檢測結(jié)果直觀、定性準確、檢測結(jié)果可長期保留易于存檔等優(yōu)點,但是這種方法成本較高,檢測周期長,效率低,在檢測中會對檢測員身體產(chǎn)生一定的傷害。
1.3
超聲波檢測技術(shù)
超聲波是指頻率大于20000MHz的聲波,根據(jù)傳播時介質(zhì)的振動方和傳播方向不同,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象中傳播,當遇到缺陷時,一部分聲波會反射回來,經(jīng)過放大處理,即可在示波屏上顯示這些缺陷。超聲波檢測方法適用于各類板材、管材、鍛件、鑄件等鋼結(jié)構(gòu)的檢測。這種檢測方法成本較低、檢測周期短并且效率高,超聲波檢測所用儀器小,操作方便,能夠?qū)θ毕葸M行精確的定位,然而這種方法的檢測結(jié)果不利于長期保存,難以形成歷史檔案,較多的依賴于檢測員的經(jīng)驗,客觀性稍差。
1.4
滲透檢測技術(shù)
滲透檢測技術(shù)是將被檢查對象的表面用含有熒光或著色的液體進行滲透,在毛細現(xiàn)象的作用下,液體可以滲透到表面開口的缺陷中。當把表面多余的液體去除并對工件進行干燥處理,再對被檢查工件表面施加顯像劑。同樣在毛細現(xiàn)象作用下,顯像劑將吸附缺陷中的滲透液。使用光照后,缺陷中的滲透液會被顯示,從而達到檢驗缺陷的目的。這種方法適用于非多口的鋼結(jié)構(gòu)表面缺陷,其使用方法簡單、操作靈活、檢測靈敏度高并且結(jié)果直觀,但是這種方法只能用于表面開口的缺陷檢測,對于被檢測對象的光潔度要求高,當被檢測對象表面有涂料、鐵銹和氧化皮等材料覆蓋缺陷時,容易形成漏檢,這這種檢測方法成本較高,對檢測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、改變計算圖形、加大原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接節(jié)點的加固、阻止裂紋開展等,施工方法主要有負荷加固、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)改進有關(guān),當前國內(nèi)外在鋼結(jié)構(gòu)改擴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)件截面和加強連接強度兩個方面。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)點的加固方法主要包括貼板加強、粘鋼加固、外包鋼加固、碳纖維布加固等。近年來,國內(nèi)外在鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計領(lǐng)域開展了廣泛的研究,大量的試驗研究和數(shù)值模擬不斷開拓了鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計方法,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)計算圖形
改變結(jié)構(gòu)計算圖形的實質(zhì)是改變結(jié)構(gòu)的傳力體系。冶金、電力、石油化工、機械制造等行業(yè)的工業(yè)廠房具有復(fù)雜的工藝要求和設(shè)備布局,其鋼結(jié)構(gòu)的改擴建大部分是在不停產(chǎn)的條件下進行的,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)計算圖形的加固改造項目具有各自不同的工程特點。改變結(jié)構(gòu)計算圖形被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)改擴建工程中,是一種常見的加固方法,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)計過程中,除應(yīng)對被加固結(jié)構(gòu)承載力和正常使用極限狀態(tài)進行計算外,還應(yīng)注意其對相關(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)點以及支座中的內(nèi)力重分布,對結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)進行必要的補充驗算,并采取切實可行的合理構(gòu)造措施。
2.2
構(gòu)件截面加固 構(gòu)件截面加固的實質(zhì)是通過增加構(gòu)件截面面積加大構(gòu)件剛度,實現(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,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)加固中都可以運用,因此了解不同加固方法的特點對加固設(shè)計方案的選取十分必要。當加固鋼板的寬度大于鋼柱翼緣時,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能得到最佳加固效果。對有幾何缺陷和預(yù)應(yīng)力的鋼柱進行加固時,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)力會降低鋼柱的屈曲承載力。
2.3 連接節(jié)點加固
連接節(jié)點加固是鋼結(jié)構(gòu)改擴建中最復(fù)雜的一個環(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)點的脆性破壞,能夠改善節(jié)點的延性;自從美國北嶺地震以來,蓋板加固逐漸被廣泛研究,蓋板加固能防止節(jié)點的脆性破壞,蓋板的不同布置方式及形狀是節(jié)點加固的主要設(shè)計因素;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,成為國民經(jīng)濟中的重要組成部分。鋼結(jié)構(gòu)安全關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全,無損檢測技術(shù)能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)的缺陷進行判斷與評估,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,要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點、工作環(huán)境、施工條件、經(jīng)濟效益等綜合考慮。,在今后的研究工作中,筆者認為還需要注意以下幾點: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)力對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響值得重視,盡管規(guī)范對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)力分布有待進一步研究;板件加厚和設(shè)置加勁板被證實能夠有效防止鋼管相貫節(jié)點的脆性破壞,但是對加固后節(jié)點的屈曲性能、屈曲破壞等研究尚不夠深入;蓋板加固鋼框架節(jié)點取得了預(yù)期的效果,但是對于蓋板加固后鋼框架節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線的研究目前比較空缺,加固后節(jié)點的半剛性性能研究有待進一步深入;碳纖維布加固構(gòu)件截面和節(jié)點能夠有效避免焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的損傷,能夠有效提高結(jié)構(gòu)的疲勞壽命,但是當前的研究僅局限于對板材和鋼管的研究,在負荷結(jié)構(gòu)的碳纖維加固領(lǐng)域,希望能夠取得更加有價值的試驗數(shù)據(jù)和理論研究成果。
參考文獻
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