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四川省建筑科学研究院办公室 手机 钢结构检测 一 钢结构应用的前景二 钢结构各检测规范的适用范围三 钢结构检测的主要内容四 其它相关问题 一 钢结构应用的前景 我国1996年钢产量1亿吨 2010年钢产量达到6亿吨 钢材的使用经历了从 节约 合理使用 大力推广 的过程 建筑用的钢材约占总钢材的1 3 其中90 以上是线材 钢结构用量占建筑用钢的5 左右 钢结构主要应用于以下几个方面 轻钢结构 单层工业厂房 门式刚架体系用钢量指标30 70kg m2 见照片 网格结构 体育馆 体育场 航站楼 网架结构 网壳结构用钢量指标20 40kg m2 见照片 二 钢结构各检测规范的适用范围 备注 建筑工程钢结构检测不宜采用 压力容器无损检测 JB4730 2005 标准 其要求较高 如超声波探伤当量 1 6平底孔 钢结构检测的分类 钢结构现场检测技术标准 GB T50621 2010钢结构的检测可分为在建钢结构的检测和既有钢结构的检测 在建钢结构的检测 当遇到下列情况之一时 应按在建钢结构进行检测 1钢结构材料检查或施工验收过程中需要了解质量状况 2对施工质量或材料质量有怀疑或争议 3对工程事故 需要通过检测 分析事故原因以及对结构可靠性的影响 既有钢结构的检测 1钢结构安全鉴定 2钢结构抗震鉴定 3钢结构大修前的可靠性鉴定 4建筑改变用途 改造 加层或扩建前的鉴定 5受到灾害 环境侵蚀等影响的鉴定 6对既有钢结构的可靠性有怀疑或争议 三 钢结构检测的主要内容 钢结构中所用的材料一般是由钢厂批量生产 并有合格证明或材质证明 因此材料的强度及化学成分是有良好保证的 工程检测的重点在于安装 拼接过程中产生的质量问题 钢结构工程中主要的检测内容有 1 原材料 钢材 复验 实验室 2 连接 焊接 螺栓连接 的检测 实验室 现场 3 钢材厚度的检测 现场 实验室 4 钢材品种的检测 实验室 5 构件尺寸及变形的检测 现场 6 防火层及防腐涂层厚度检测 现场 1 原材料 钢材 复验 GB50205 2001 钢材抽样复验的规定 1国外进口钢材 2钢材混批 3板厚等于或大于40mm 且设计有z向性能要求的厚板 4建筑结构安全等级为一级 大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材 5设计有复验要求的钢材 6对质量有疑义的钢材 钢材基础知识 A 牌号表示方法 1 碳素结构钢 钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母 屈服强度的数值 质量等级符号 脱氧方法等4个部分按顺序组成 例如 Q235B符号 Q 钢材屈服强度 A B C D 分别表示质量等级 A级钢不完全保证化学成分 可不做冲击试验 B级做常温冲击试验 V型缺口 C级 D级作为重要的焊接结构用 F 沸腾钢 Z 镇静钢 TZ 特殊镇静钢 钢材基础知识 B 2 低合金结构钢钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母 屈服强度的数值 质量等级符号3个部分按顺序组成 例如 Q345B 钢材检验规则 钢材应成批验收 每批由同一牌号 同一炉号 同一质量等级 同一品种 同一尺寸 同一交货状态的钢材组成 每批重量应不大于60吨公称容量比较小的炼钢炉冶炼的钢轧成的钢材 同一冶炼 浇注和脱氧方法 不同炉号 同一牌号的A级钢或B级钢 允许组成混合批 但每批个炉号含碳量之差不得大于0 02 含锰量之差不得大于0 15 钢材力学性能检验项目和方法 补充试验 当被检验钢材的屈服强度或抗拉强度或伸长率不满足要求时 应补充取样进行拉伸试验 补充试验应将同类构件同一规格的钢材划为一批 每批抽样3个 钢板Z向性能 冲击试验 金属材料在使用过程中除应具有足够的强度和塑性 还要求具有一定的韧性 即具有在塑性变形和断裂过程中吸收足够能量的能力 在服役条件下韧性足够的金属材料构件及零件不至于突然发生脆性断裂 从而保证其安全性 冲击试验原理 用规定几何形状的缺口试样置于试验机两支座之间 缺口背面向打击面放置 用摆锤一次打击试样 测定试样的吸收能量 由于大多数材料冲击值随温度变化 因此试验应在规定温度下进行 当不在室温下试验时 试样必须在规定条件下加热或冷却 以保持规定的温度 冲击试验的温度 对于实验温度有规定的 应在规定温度 2 范围内进行 如果没有规定 室温冲击试验应在23 5 范围内进行 夏比冲击试验 常用 夏比冲击试验是用于评定金属材料韧性应用最广泛的一种传统力学性能试验 试验中通过一次施加过载力来显示试样的缺口特性 虽然试验中测定的冲击功值不能直接用于工程计算 但试验数据对于金属材料的组织结构 冶金缺口敏感性 特别是测定钢的缺口敏感性方面是重要的手段之一 冲击试验结果处理 冲击吸收功有效位数读取每个试样的冲击吸收能量 应至少估读到0 5J或0 5个标度单位 取两者之间较小值 过多保留有效位数则夸大了实验的测量精度 有效位数不够则增大了误差 标准试验方法规定 实验结果至少应保留两位有效数字 修约方法按GB T8170执行 冲击试验中特殊情况的处理 对于试样试验后没有完全断裂 可以报出冲击吸收能量 或与完全断裂试样结果平均后报出 当由于试验机打击能量不足 试样未完全断开 吸收能量不能确定 试验报告应注明用 J的试验机试验 试样未断开 试验后的冲击试样端口出现可见裂纹或缺陷时 要在试验报告中注明 试验委托者可根据端口情况了解产品质量 试验中当发现操作不符合要求时 且试验打断时有卡锤现象时 由于得到的结果已经不准确 因此实验结果无效 应重新补做试验 金属的硬度试验 硬度是材料抵抗局部变形 特别是塑性变形 压入或刻划的能力 是衡量材料软硬程度的一种性能 硬度试验方法可分为压入法和刻划法 在压入法中有分为静态力试验法和动态力试验方法 其中以静态硬度试验方法应用最为普遍 根据压头材料 形状及尺寸和试验力大小不同 度量值不同 有洛氏硬度 HR 布氏硬度 HBW 维氏硬度 HV 维氏硬度是作为仲裁试验的方法 精度最高 金属布氏硬度 HBW 金属布氏硬度试验方法是应用较广泛的静载硬度试验方法 其特点是 用较大直径的球体压头 压出面积较大的压痕 适合于铸铁等晶粒粗大的金属材料硬度的测定 由于可以测定金属各组成部分的综合硬度值 因此很少受到个别组织的影响 用的直径球体测定的硬度值比较稳定 精度高 而且试验操作简单 对试样制备的要求 比起其他方法要宽些 金属洛氏硬度试验 金属材料洛氏硬度方法是采用测量压痕深度的方法 通过放大后 从指示盘或投影仪上直接显示试样的硬度 试验操作比较简单和迅速 工作效率高 对于成批生产中硬度的检验很适用 由于采用的试验力小 因此压痕较浅 对工件表面损伤很小 则可用于测定半成品或成品工件的硬度 试验中使用三种压头 配合不同的试验力 可测定较硬或较软材料的硬度 使用范围较广 由于采用测量压痕深度的方法表示试样的硬度 因而影响洛氏硬度准确性的因素较多 洛氏硬度测量结果准确性较维氏和布氏硬度测量结果差 2 连接 焊接 螺栓连接 的检测 钢结构的许多质量事故出在连接上 故应将连接作为重点对象进行检查 譬如 重庆綦江彩虹桥 于1996年建成投入使用 1999年1月4日垮塌 其主要原因是该桥的主要受力拱架钢管焊接质量不合格 存在严重缺陷 个别焊缝有陈旧性裂痕 连接板的检查包括 1 检测连接板尺寸 尤其是厚度 是否符合要求 2 用直尺或靠尺检查其平整度 3 测量因螺栓孔等造成的实际尺寸的减小 4 检测有无裂缝 局部缺损等损伤 焊缝的检测 螺栓连接副的检测 连接方式一 焊接 焊接材料焊条应符合现行国家标准 碳钢焊条 GB T5117 低合金钢焊条 GB T5118 的规定焊接缺陷连接目前应用最广 出事故也较多 应检查其缺陷 焊缝的缺陷种类不少 如图所示 有裂纹 气孔 夹渣 未熔透 虚焊 咬边 弧坑等 焊缝的缺陷种类 构件 焊缝 的无损检测方法金属探伤五种无损检测方法 焊缝外观质量检查 检查焊缝缺陷时 可用超声探伤仪或射线探测仪检测 在对焊缝的内部缺陷进行探伤前应先进行外观质量检查 焊缝表面质量的检验可目测或用10倍放大镜 当存在疑义时 采用磁粉或渗透探伤 如果焊缝外观质量不满足规定要求 需进行修补 焊缝的外形尺寸一般用焊缝检验尺测量 焊缝检验尺由主尺 多用尺和高度标尺构成 可用于测量焊接母材的坡口角度 间隙 错位 焊缝高度 焊缝宽度和角焊缝高度 焊缝外观质量检查 一 焊缝外观质量检查 二 磁粉探伤原理 外加磁场对工件 只能是铁磁性材料 进行磁化 被磁化后的工件上若不存在缺陷 则它各部位的磁特性基本一致 而存在裂纹 气孔或非金属物夹渣等缺陷时 由于它们会在工件上造成气隙或不导磁的间隙 使缺陷部位的磁阻大大增加 工件内磁力线的正常传播遭到阻隔 根据磁连续性原理 这时磁化场的磁力线就被迫改变路径而逸出工件 并在工件表面形成漏磁场 如下图 漏磁场的形成 磁粉检测基本方法 漏磁场的强度主要取决磁化场的强度和缺陷对于磁化场垂直截面的影响程度 利用磁粉就可以将漏磁场给予显示或测量出来 从而分析判断出缺陷的存在与否及其位置和大小 将铁磁性材料的粉未撒在工件上 在有漏磁场的位置磁粉就被吸附 从而形成显示缺陷形状的磁痕 能比较直观地检出缺陷 这种方法是应用最早 最广的一种无损检测方法 磁粉检测相关知识介绍 一 磁粉一般用工业纯铁或氧化铁制作 通常用四氧化三铁 Fe3O4 制成细微颗粒的粉末作为磁粉 磁粉可分为荧光磁粉和非荧光磁粉两大类 荧光磁粉是在普通磁粉的颗粒外表面涂上了一层荧光物质 使它在紫外线的照射下能发出荧光 主要的作用是提高了对比度 便于观察 磁粉检测又分干法和湿法两种 干法 将磁粉直接撒在被测工件表面 为便于磁粉颗粒向漏磁场滚动 通常干法检测所用的磁粉颗粒较大 所以检测灵敏度较低 但是在被测工件不允许采用湿法与水或油接触时 如温度较高的试件 则只能采用干法 磁粉检测相关知识介绍 二 湿法 将磁粉悬浮于载液 水或煤油等 之中形成磁悬液喷撒于被测工件表面 这时磁粉借助液体流动性较好的特点 能够比较容易地向微弱的漏磁场移动 同时由于湿法流动性好就可以采用比干法更加细的磁粉 使磁粉更易于被微小的漏磁场所吸附 因此湿法比干法的检测灵敏度高 焊缝内部缺陷的超声波探伤 碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度 低合金结构钢应在完成焊接24h以后 进行焊接探伤检验 钢结构焊缝探伤的方法有超声波法和射线法 钢结构工程施工质量验收规范 GB50205 规定 设计要求全焊透的一 二级焊缝应采取超声波探伤进行内部缺陷的检验 超声波探伤不能对缺陷作出判断时 应采取射线探伤 其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行国家标准 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法 GB11345 或 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级 GB3323 的规定 一 二级焊缝的探伤比例GB50205 2001 工厂 现场焊缝探伤 检验等级B级 原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行探伤比例的计数方法按以下原则确定 1 对工厂制作焊缝 应按每条焊缝计算百分比 且探伤长度不应小于200mm 当焊缝长度不足200mm时 应对整条焊缝进行探伤 2 对现场安装焊缝 应按同一类型 同一施焊条件的焊缝条数计算百分比 探伤长度不应小于200mm 并不应少于1条焊缝 超声波的基本概念 次声波 频率f小于20Hz人耳不可闻声波 频率f20Hz 20kHz人耳可闻超声波 频率f大于20kHz人耳不可闻金属超声波探伤频率0 5MHz 10MHz非金属超声波探伤频率25kHz 50kHz超声波波速v 频率f 波长 超声波探伤能测到的最小缺陷尺寸约为其波长的二分之一 激发超声波的方式不同或介质所承受的作用不同 就会产生不同的波型 所谓波型是指波的类型 它是按质点位移方向与波传播方向的关系划分的 常用于金属材料探伤的波型主要有 纵波 横波 表面波和板波等 实际应用时要依据检测对象 检测目的的不同 结合各种波型的特点进行合理地选择 焊缝超声波探伤的基本原理 探伤仪按信号的显示方式不同 可分为A B C型三种 即人们通常所说的A超 B超 C超 焊缝超声波探伤采用A超 焊缝探伤主要采用斜探头横波探伤 斜探头使声束斜向入射 根据在始脉冲与底脉冲之间是否存在探伤脉冲来判断焊缝中的缺陷 当发现焊缝中存在缺陷后 根据探头在试件上的位置以及缺陷回波的位置和在显示屏上高度 由此可确定焊缝的缺陷位置和大小 如上图 这是因为在探伤前按一定的比例在超声仪荧光屏上作有距离 波幅曲线 超声波探伤相关知识 焊缝缺陷的评定最大反射波幅不超过评定线的缺陷 均评为 级 按反射波幅的位置 根据GB11345 89及JG T203 2007的规定 评定等级 不合格焊缝的处理 不合格的缺陷应返修 应用碳弧气刨刨去缺陷 为防止裂纹扩大或延伸 刨去长度应在缺陷两端各加50mm 刨削深度也应将缺陷完全彻底清除 露出金属母材 并经砂轮打磨后施焊 返修区域修补后应按原探伤要求进行复验 同一条焊缝一般只允许连续返修补焊2次 焊缝质量等级 钢结构设计规范 GB50205规定焊缝质量等级分为一 二 三级 一级焊缝为动荷载或静荷载受拉 要求与母材等强度的焊缝 二级焊缝为动荷载或静荷载受压 要求与母材等强度的焊缝 三级焊缝是一 二级焊缝之外的贴角焊缝 一级焊缝不允许有外观质量缺陷 二 三级焊缝外观质量应符合 钢结构工程施工质量验收规范 GB50205中附录A的要求 焊接相关问题 1 焊接材料的匹配 不同母材焊接时的焊条选用 就低不就高的原则 例如钢梁Q345 檩条Q235 用E43型焊条 不用E50型焊条原因 a 焊接材料强度远比母材高b 焊肉强度不能比母材高太多 不大于50MPa 原则上Q235牌号的钢材焊接 选用E43型焊条 Q345牌号的钢材焊接 选用E50型焊条 2 建筑钢结构焊接技术规程 中关于焊缝的验收a 抽检的焊缝数中 不合格率小于2 该批定为合格 b 抽检的焊缝数中 不合格率大于5 该批定为不合格 c 抽检的焊缝数中 不合格率为2 5 时 应加倍抽检 且必须在原不合格部位两侧的焊缝处延长线各增加一处 如在所有抽检焊缝中不合格率不大于3 该批定为合格 大于3 该批定为不合格 当批量验收不合格时 应对该批余下的所有焊缝进行检测 连接方式二 螺栓连接 对于螺栓连接 可用目测 锤敲相结合的方法检查 并用扭力扳手 当扳手达到一定的力矩时 带有声 光或其他指示的扳手 对螺栓的紧固性进行复查 尤其对高强螺栓的连结更应仔细检查 此外 对螺栓的直径 个数 排列方式也要一一检查 高强度螺栓连接 高强度螺栓有两类 分别是的大六角头螺栓和扭剪型螺栓 施工前 钢结构制作和安装单位应按规定分别进行高强度螺栓的连接摩擦面的抗滑移系数试验和复验 其结果应符合规范及设计要求 高强度大六角头螺栓应在使用前及产品质量保证期内及时复验扭矩系数 扭剪型高强螺栓应复验紧固轴力 高强度螺栓连接副施工扭矩检验 高强度螺栓连接副扭矩检验分扭矩法检验和转角法检验两种 原则上检验法与施工法应相同 扭矩检验应在施拧1h后 48h内完成 抽查数量 按节点抽查10 且不少于10个 每个被抽查节点按螺栓数抽查10 且不应少于2个 扭矩检验方法 扭矩法 在螺尾端头和螺母相对位置划线 将螺母退回60 左右 用扭矩扳手测定拧回到原来位置时的扭矩值 该扭矩值与施工扭矩值的偏差在10 以内为合格 转角法 在螺尾端头和螺母相对位置划线 然后全部卸松螺母 在按规定的初拧扭矩和终拧角度重新拧紧螺栓 观察与原划线是否重合 终拧转角偏差在10 以内为合格 扭剪型螺栓连接副施工扭矩检验 扭剪型 观察尾部梅花头拧掉情况 尾部梅花头被拧掉者视同其终拧扭矩达到合格质量标准 尾部梅花头未被拧掉者应按上述扭矩法或转角法检验 3 钢材厚度的检测 现场 实验室 钢材的厚度检测应在构件的3个不同部位进行测量 取3处测试值的平均值作为钢材厚度的代表值 对于受腐蚀后的构件厚度 应将腐蚀层除净 露出金属光泽后再进行测量 4 钢材品种的检测 采用化学成分分析方法判断国产结构钢钢材的品种 宜采用化学分析法测定试样中C Mn Si S P五元素的含量 对于低合金高强度结构钢 必要时 可进一步测定试样中V Nb Ti三元素的含量 5 构件尺寸及变形的检测 每个尺寸在构件的3个部位量测 取3处的平均值作为该尺寸的代表值 钢构件的尺寸偏差应以设计图纸规定的尺寸为基准计算尺寸偏差 偏差的允许值应符合其产品标准的要求 梁和桁架构件的变形有平面内的垂直变形和平面外的侧向变形 因此要检测两个方向的平直度 柱的变形主要有柱身倾斜与挠曲 检查时可先目测 发现有异常情况或疑点时 对梁 桁架可在构件支点间拉紧一根铁丝或细线 然后测量各点的垂度与偏差 对柱的倾斜可用全站仪 经纬仪或铅垂测量 柱挠曲可在构件支点间拉紧一根铁丝或细线测量 变形检测 A 测量尺寸不大于6m的钢构件的变形 可用拉线吊线锤的方法 并应符合下列规定 1测量构件弯曲变形时 从构件两端拉紧一根细钢丝或细线 然后测量跨中位置构件与拉线之间的距离 该数即是构件的变形 2测量构件垂直度时 从构件上端吊一线锤直至构件下端 当线锤处于禁止状态后 测量吊锤中心与构件下端的距离 该数即是构件的顶端侧向水平位移 变形检测 B 测量跨度大于6m的钢构件的挠度 宜采用全站仪或水平仪 并按下列方法进行检测 1钢构件挠度观测点应沿构件的轴线或边线布设每一构件不得少于3点 2将全站仪或水平仪测得的两端和跨中的数值比较 可求得构件的跨中挠度 变形检测 C 尺寸大于6m的钢构件垂直度 侧向弯曲矢高以及钢结构整体垂直度与整体平面弯曲宜采用全站仪或经纬仪检测 可用计算测点间的相对位置差的方法来计算垂直度或弯曲度 也可采用通过仪器引出基准线 放置量尺直接读取数值的方法 当测量构件垂直度时 仪器应架设在与倾斜方向成正交的方向 且宜距被测目标 1 2倍 目标高度的位置 变形检测 D 钢构件 钢结构安装主体垂直度检测 应测量钢构件 钢结构安装主体顶部相对于底部的水平位移与高差 并分别计算垂直度及倾斜方向 变形检测结果的评价 在建钢结构或构件变形应符合设计要求和现行国家标准 钢结构施工质量验收规范 GB50205及 钢结构设计规范 GB50017等的有关规定 既有钢结构或构件变形应符合现行国家标准 民用建筑可靠性鉴定标准 GB50202 工业建筑可靠性鉴定标准 GB50144等的有关规定 网架结构检测 钢网架的检测可分为节点的承载力 焊缝 尺寸与偏差 杆件的平直度和钢网架的挠度等项目 对建筑结构安全等级为一级 跨度40m及以上的公共建筑钢网架 且设计有要求时 现场应按要求进行节点承载力复验 其结果应符合以下规定 网架结构检测规定 焊接球节点应按设计指定规格的球及其匹配的钢管焊接成试件 进行轴心拉 压承载力试验 其试验破坏荷载值大于或等于1 6倍设计承载力为合格 螺栓球节点应按设计制定规格的球最大螺栓孔螺纹进行抗拉强度保证荷载试验 当达到螺栓的设计承载力时 螺孔 螺纹及封板仍完好无损为合格 网架挠度检测规定 钢网架结构总拼完成后及屋面工程完成后应分别测量其挠度值 且所测得挠度值不应超过相应设计值的1 15倍 跨度24m以下钢网架结构测量下弦中央一点 跨度24以上钢网架结构测量下弦中央一点及个各向下弦跨度的四分点 6 防火涂层及其他涂层厚度的检测 防火涂层的重要性钢结构在高温条件下 材料强度显著降低 譬如2001年9月11日受恐怖袭击的美国纽约世贸中心就是典型的例子 世贸大厦采用筒中筒结构 为姊妹塔楼 地下6层 地上110层 高411m 标准层平面尺寸63 5m 63 5m 总面积125万平方米 整个大楼可容纳5万人办公 相当于5个深圳地王大厦 外筒为钢柱 建于1973年 每幢楼用钢量7800t 两座大楼受飞机撞击之后 一个在一小时倒塌 另一个在一小时四十分倒塌 世贸大厦看上去非常坚固 为什么受撞击后会倒塌 防火涂层的检测要求 防火涂层的质量要求薄型防火涂层表面裂纹宽度不应大小0 5mm 涂层厚度应符合有关耐火极限的设计要求 厚型防火涂层表面裂纹宽度不应大小1mm 其涂层厚度应有80 以上的面积符合耐火极限的设