国际机场航站楼项目钢管混凝土柱1：1模型检测试验方案

1、广州白云国际机场扩建工程二号航站楼钢管混凝土柱现场1：1模型检测试验方案目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc401352731 一、试验简介 PAGEREF _Toc401352731 h 1 HYPERLINK l _Toc401352732 1.1工程介绍 PAGEREF _Toc401352732 h 1 HYPERLINK l _Toc401352733 1.2试验目的及内容 PAGEREF _Toc401352733 h 1 HYPERLINK l _Toc401352734 1.2.1试验目的 PAGEREF _Toc401352734 h 1

2、HYPERLINK l _Toc401352735 1.2.2试验内容 PAGEREF _Toc401352735 h 1 HYPERLINK l _Toc401352736 1.3试验依据 PAGEREF _Toc401352736 h 2 HYPERLINK l _Toc401352737 1.3.1文件依据 PAGEREF _Toc401352737 h 2 HYPERLINK l _Toc401352738 1.3.2标准规范 PAGEREF _Toc401352738 h 2 HYPERLINK l _Toc401352739 二、现场1:1模型制作及安装质量要求 PAGEREF _

3、Toc401352739 h 3 HYPERLINK l _Toc401352740 2.1制作原则 PAGEREF _Toc401352740 h 3 HYPERLINK l _Toc401352741 2.2模型确定 PAGEREF _Toc401352741 h 3 HYPERLINK l _Toc401352742 2.3模型制作、安装质量标准 PAGEREF _Toc401352742 h 7 HYPERLINK l _Toc401352743 2.3.1钢结构制作、安装质量要求 PAGEREF _Toc401352743 h 7 HYPERLINK l _Toc401352744

4、2.3.2 C50混凝土浇筑工艺 PAGEREF _Toc401352744 h 8 HYPERLINK l _Toc401352745 三、钢管混凝土浇筑质量检测 PAGEREF _Toc401352745 h 9 HYPERLINK l _Toc401352746 3.1检测前准备工作 PAGEREF _Toc401352746 h 9 HYPERLINK l _Toc401352747 3.2仪器设备 PAGEREF _Toc401352747 h 9 HYPERLINK l _Toc401352748 3.3检测原理 PAGEREF _Toc401352748 h 9 HYPERLIN

5、K l _Toc401352749 3.4检测方法 PAGEREF _Toc401352749 h 10 HYPERLINK l _Toc401352750 3.4.1节点区域和非节点区域检测 PAGEREF _Toc401352750 h 11 HYPERLINK l _Toc401352751 3.4.2空洞及不密实区域检测 PAGEREF _Toc401352751 h 12 HYPERLINK l _Toc401352752 3.4.3混凝土和钢管壁脱空检测 PAGEREF _Toc401352752 h 13 HYPERLINK l _Toc401352753 3.5数据处理与判断

6、PAGEREF _Toc401352753 h 13 HYPERLINK l _Toc401352754 3.6质量评估 PAGEREF _Toc401352754 h 14 HYPERLINK l _Toc401352755 四、钢管混凝土柱（对接焊缝）残余应力消减检测 PAGEREF _Toc401352755 h 15 HYPERLINK l _Toc401352756 4.1检测前准备工作 PAGEREF _Toc401352756 h 15 HYPERLINK l _Toc401352757 4.2仪器设备 PAGEREF _Toc401352757 h 16 HYPERLINK l

7、 _Toc401352758 4.2.1残余应力削减设备 PAGEREF _Toc401352758 h 16 HYPERLINK l _Toc401352759 4.2.2残余应力削减效果检测设备 PAGEREF _Toc401352759 h 17 HYPERLINK l _Toc401352760 4.3检测原理 PAGEREF _Toc401352760 h 17 HYPERLINK l _Toc401352761 4.4检测方法 PAGEREF _Toc401352761 h 18 HYPERLINK l _Toc401352762 4.4.1测试状态 PAGEREF _Toc401

8、352762 h 18 HYPERLINK l _Toc401352763 4.4.2盲孔法测试步骤 PAGEREF _Toc401352763 h 19 HYPERLINK l _Toc401352764 4.4.3测点布置 PAGEREF _Toc401352764 h 20 HYPERLINK l _Toc401352765 4.5消除残余应力效果评定 PAGEREF _Toc401352765 h 20 HYPERLINK l _Toc401352766 五、工作进度计划 PAGEREF _Toc401352766 h 21 HYPERLINK l _Toc401352767 六、安全

9、保障措施 PAGEREF _Toc401352767 h 21 HYPERLINK l _Toc401352768 七、模型检测试验最终评估 PAGEREF _Toc401352768 h 22 HYPERLINK l _Toc401352769 八、附基础及脚手架设计图纸 PAGEREF _Toc401352769 h 22广州白云国际机场扩建工程二号航站楼钢管混凝土柱现场1:1模型检测试验方案 试验简介1.1工程介绍广州白云国际机场扩建工程二号航站楼工程支撑钢结构屋面的主体结构柱为钢管混凝土柱，共60根（一标45根，二标15根），最高高度为47.3m。钢管混凝土柱设计图编号为GGZ，共有三

10、种形式：T-GGZ-1400、T-GGZ-1800、T-GGZ-14001800。其中，T-GGZ-14001800为锥形柱。钢管柱壁厚30，部分肋板采用40厚钢板，材质均为Q345B，管内混凝土强度等级为C50。总用钢量约4000吨。1.2试验目的及内容1.2.1试验目的（1）验证超声波径向对测法检测钢管混凝土质量的可靠性，为现场实际检测提供依据；（2）验证超声波冲击振动仪法消除焊接残余应力的可靠性，为现场实际焊接残余应力的削减提供依据。1.2.2试验内容为实现上述试验目的，现场1:1模型检测试验主要进行以下两方面的工作内容：（1）钢管混凝土浇筑质量检测；（2）焊接残余应力的消减检测。1.3

11、试验依据1.3.1文件依据设计院提供的模型试验方案及有关会议纪要广州白云国际机场扩建工程二号航站楼钢管混凝土柱工程招标文件（粤机指招标 2014 15号）1.3.2标准规范（1）钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS28:90）；（2）建筑结构检测技术标准（GB/T50344-2004）；（3）超声法监测混凝土缺陷技术规程（CECS21:2000）；（4）焊接构件振动时效振动工艺参数选择及技术条件（JB/T 10375-2002 ）；（5）钢管混凝土工程施工质量验收规范（GB50628-2010）；（6）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB502014-2011）；（7）振动时效振动效果评定方

12、法（JB/T 5926-2005）；（8）其他相关标准、规范、规程。二、现场1:1模型制作及安装质量要求2.1制作原则（1）经济适用原则该模型的制作首先要综合各方面的因素，本着节约成本、易于操作的原则。经济适用原则也是钢管混凝土柱现场1:1模型制作的基本前提。（2）合理科学原则在考虑经济适用原则的基础上，明确钢管混凝土柱现场1:1模型试验的目的，该现场1:1模型的制作必须满足试验目的的要求。这就要求在该模型的制作中考虑合理科学原则，该原则也是钢管混凝土柱现场1:1模型制作的必要基础。2.2模型确定综合以上原则，并参照招标文件及设计要求，选择T-GGZ-1400类钢管混凝土柱1根作为该试验1:1

13、模型。该钢管混凝土柱高6.26米，直径为1400，壁厚30。具体示意见图2.12.3所示。（a）混凝土浇筑前1:1模型（b）混凝土浇筑后1:1模型图2.1钢管混凝土柱现场1:1试验模型示意图 图2.2圆管柱拼接节点详图图2.3节点内加劲肋详图2.3模型制作、安装质量标准2.3.1钢结构制作、安装质量要求本试验所采用的钢管柱出厂前对需钢管焊缝进行100%的超声波探伤自检，质量等级要求达到级。钢管壁表面不得要划痕、麻点等缺陷。钢管柱制作允许偏差满足下表要求：钢管制作允许偏差偏差名称示意图允许值钢管外径纵向弯曲椭圆度管端不平度本试验的钢管柱安装在独立承台基础上，通过预埋锚栓连接，并由柱底板下螺母进行

14、调平，底板与承台面的间隙采用无收缩专用早、高强灌浆料填灌密实。安装精度需重点控制其垂直度，垂直度允许偏差为H/1000，且最大不大于15mm。因本试验钢管柱由两段组成，在现场接长，接长拼焊处在施焊前宜均匀加热焊缝附近部位，并采用对称施焊，焊缝质量等级要求达到级。2.3.2 C50混凝土浇筑工艺该试验混凝土标号为C50，其性能参数见表2-1。表2-1 C50混凝土性能参数表水胶比配合比（水泥：砂：石：水：外加剂：混合材）砂率（%）坍落度（mm）表观密度（kg/m3）0.311:1.69:2.88:0.36:0.03:0.1837.01552360材料用量（kg/m3）抗压强度（MPa）水泥砂石水

15、混合材外加剂7d28d快速法38465011071406810.6259.9现场拟采用高空抛落法浇筑施工工艺。自由倾落高度不大于2m，当大于2m时，采用溜槽、串筒等器具辅送，内部振捣器振实。一次抛落的混凝土量宜在0.7，用料斗装填，料斗的下口尺寸应比钢管内环板的内圆径小100200，以便混凝土下落时管内空气排出。三、钢管混凝土浇筑质量检测采用超声波检测是钢管混凝土密实度和均匀性无损检测的首选方案，目前该技术已经在钢管混凝土结构中得到了较为广泛的应用。该试验拟采用径向对测剖面法检验混凝土质量。3.1检测前准备工作（1）人员准备：检测人员须穿戴安全设备，且身体精神状态良好；（2）仪器设备准备：检查

16、仪器设备工作状态是否良好，并保证所用仪器设备在标定期内；（3）资料准备：提前准备好检测用资料，并编制检测用表格等。3.2仪器设备北京智博联科技有限公司生产的ZBL-U520非金属超声波探测仪1台，平面和径向声波换能器各1套，数据（声波、波幅）自动采集装置1套和电脑1台等。3.3检测原理利用超声脉冲法检测混凝土质量缺陷依据以下原理：（1）超声脉冲波在混凝土中遇到缺陷时产生绕射，可根据声时和声程的变化，判别和计算缺陷的大小；（2）超声脉冲波在缺陷界面产生散射和反射，到达接受换能器的声波能量（波幅）显著减小，可根据波幅变化的程度判断缺陷的性质和大小；（3）超声脉冲波通过缺陷时，部分声波会产生路径和相

17、位的变化，不同路径或不用相位的声波叠加后，造成接收信号波形畸变，可参考畸变波形分析判断缺陷；（4）超声脉冲波中各频率成分在缺陷界面衰减程度不同，接收信号的频率明显降低，可根据接收信号主频或频率谱的变化分析判别缺陷情况。当混凝土的组成材料、工艺条件、内部质量及测试距离一定时，各个测点超声传播速度、首波幅度和接收信号主频率等声学参数一般无明显差异。如果某部分混凝土存在空洞、不密实或裂缝等缺陷，破坏了混凝土的整体性，通过该处的超声波与无缺陷混凝土相比较，声时明显偏长，波幅和频率明显降低。超声法检测混凝土缺陷，正是根据这一基本原理，对同条件下的混凝土进行声速、波幅和主频测量值的相对比较，从而判断混凝土

18、的缺陷情况。3.4检测方法超声波检测混凝土质量缺陷系统示意见图3.1所示。对于钢管混凝土柱检测应采用径向对测的方法，布置测点时，可先测量钢管实际周长，再将圆周等分，在钢管测试部位画出若干根母线和等间距的环向线，线间距宜为150300。钢管混凝土检测示意见图3.2所示。图3.1 超声波检测系统方块图（a）平面图 （b）立面图图3.2 钢管混凝土检测示意图检测时可先作径向对测，在钢管混凝土每一环线上保持T、R换能器连线通过圆心，沿环向测试，逐点读取声时、波幅和主频。3.4.1节点区域和非节点区域检测钢管柱现场1:1模型检测分节点区域检测和非节点区域检测。其中，节点区域为节点附近300内，非节点区域

19、为节点附近300外。对于两种混凝土施工工艺各选至少4个截面进行超声波径向对测法检测混凝土混凝土浇筑质量，且每种混凝土施工工艺下节点区域和非节点区域各至少2个截面。节点区域测试面每周布置4个测点，非节点测试面每周布置6个测点，具体示意分别见图3.2、3.3所示。图3.2节点区域测点布置示意图 3.3非节点区域测点布置示意超声波检测过程中，及时记录波速、波幅、频率特征及波形特征，对可疑部位加密抽取检测点。检测注意事项：检测时使用同一台仪器，使用同一对收发换能器，发射电压不能改变，选择测试参数相同，换能器耦合要一致。同时记录声时、幅值和频率等参数。3.4.2空洞及不密实区域检测为确保能够检测出钢管混

20、凝土现场浇筑中出现的空洞及不密实区域，并为空洞及不密实区域的处理提供依据。在该1:1模型试验中采取人为设置缺陷的方法来检测，检测方法均采用超声波径向对测剖面法，检测测点布置形式采用图3.3所示形式。空洞设置两个，其直径分别约为1030mm、5060mm。不密实区域用袋子包裹粗骨料模拟，直径约了2530mm，具体位置示意见图2.1（b）所示。所有位置缺陷位置确定后，应固定牢固，防止在混凝土振捣的过程中发生偏移。3.4.3混凝土和钢管壁脱空检测钢管壁和混凝土之间的结合情况对于钢管混凝土浇筑质量很重要，故该试验进行了混凝土和钢管壁脱空模拟试验。模拟形式采用紧贴管壁的环形空隙，环形空隙长度为1/4周长

21、，轴向长度为0.51.0m。设置在钢管混凝土柱顶端位置。 （a）平面图 （b）立面图图3.4钢管壁与混凝土脱开模拟示意图采用下图检测方案进行对比对脱空和非脱空区域进行试验比较。图3.5脱空模拟检测对比示意3.5数据处理与判断（1）同一测距的声时、波幅和频率的统计计算及异常值判别应按超声法检测混凝土缺陷技术规程（CECS 21：2000）第6.3.1和6.3.2条规定执行；（2）当同一测位的测试数据离散性较大或数据较少时，可将怀疑部位的声速、波幅、主频与相同直径钢管混凝土的质量正常部位的声学参数相比较，综合分析判断所测部位的内部质量。3.6质量评估1、敲击法：敲击声音沉闷表示浇筑质量较好，敲击声

22、音清脆或带有明显的回音表示内部有空洞，浇筑质量存在缺陷。2、超声波法（1）确定钢管混凝土的平均波速和波速异常判断值对检测得出的波速、波幅、频率进行数理统计（统计方法详见钢管混凝土1:1模拟实验），得到波速平均值（mx）,标准差（sx），再计算异常判断值XO=mx-iSx。根据波速平均值和异常判断值与各截面测试数据进行比较来确定异常点位。（2）根据声时、幅值、频率来确定异常点位a、声时短（波速正常），幅值大，频率高表明混凝土密实均匀，没有缺陷；b、声时长（波速不正常），幅值小，频率低表明混凝土中存在缺陷，其缺陷应在收发换能器的连线上，缺陷类型有：离析、蜂窝、裂缝、脱空等；c、声时短(波速正常)，

23、幅值小，频率低，引起这类异常较多：缺陷位置不在收发换能器的连线上、缺陷位置虽在收发换能器的连线上但缺陷轻微、换能器耦合不好人为造成等，出现这类异常应分析原因，必要时加密测点。四、钢管混凝土柱（对接焊缝）残余应力消减检测4.1检测前准备工作（1）人员准备：检测人员须穿戴安全设备，且身体精神状态良好；（2）仪器设备准备：检查仪器设备工作状态是否良好，并保证所用仪器设备在标定期内；（3）资料准备：提前准备好检测用资料，并编制检测用表格等。4.2仪器设备4.2.1残余应力削减设备 钢管柱对接焊缝残余应力消除采用山东华云机电科技有限公司生产的豪克能Hy2050焊接应力消除设备。该仪器设备具有以下性能：（

24、1）是目前最彻底消除焊接残余应力并产生出理想压应力的时效方法（各种时效方法消除残余应力的情况如下：振动时效3055、热时效4080%、豪克能时效80100）。（2）可使焊接接头疲劳强度提高50%120%，疲劳寿命延长5100倍。金属在腐蚀环境下的抗腐蚀能力提高约400%。（3）用于消除焊接应力可完全替代热处理、振动时效等时效方法，且处理工艺简单，效果稳定可靠。（4）不受工件材质、形状、结构、钢板厚度、重量、场地之限制，特别是在施工现场、焊接过程和焊接修复时用于消除焊接应力更显灵活方便。（5）可直接将焊趾处的焊接余高、凹坑、咬边处理成圆滑的几何过渡，从而大大降低应力集中系数。（6）可去除焊趾处的

25、微观裂纹、熔渣缺陷，抑制裂纹的提前萌生。（7）因为豪克能消除应力处理能同时改善影响焊缝疲劳性能的几个方面的因素,如：残余应力、微观裂纹和缺陷、焊趾几何形状、表面强化等，所以是目前提高焊缝疲劳性能最有效的方法，且有事半功倍之效果。（8）更适用于大型结构件的工地焊缝、超高超低处焊缝、焊接修复焊缝的消除应力处理。（9）环保、节能、安全、无污染，施工现场使用更显灵活方便。4.2.2残余应力削减效果检测设备残余应力削减效果检测设备采用山东华云机电科技有限公司生产的HK21A盲孔法应力检测仪、RSD1型钻孔装置、静态电阻应变仪、万用表、测残余应力的BE350-3CD-K应变花及其他贴片工具等。HK21A盲

26、孔法应力检测仪是主要用盲孔法进行各种材料和结构的残余应力检测分析和研究，还能在静力强度研究中测量结构及材料任意点变形的应力分析的仪器。如果配用相应的传感器，也可以测量力、压力、扭矩、位移和温度等物理量。此系列配有笔记本及上位机软件，可进行应力参数及曲线分析，导出保存测量数据等等。4.3检测原理在有残余应力的焊接钢板上钻一小孔，因小孔附近的残余应力被释放，孔区附近的残余应力场发生变化。只要测出该局部区域的应变变化量，即可计算出板上钻孔处释放前的残余应力值、： （1） （2）式中：、分别为该处在0、45、90方向上的释放应变；、分别为最大、最小主应力；为最大主应力与电阻片参考轴的夹角；E为被测钢板

27、的弹性模量；A、B为应变花的释放系数，BE350-3CD-K应变花在普通钢材上的释放系数，为：需要说明的是，释放系数A、B与应变花的几何尺寸、孔径、孔深及材料的弹性模型E及泊松比有关，应用时必须对每种被测材料进行标定，A、B系数不能通用。4.4检测方法4.4.1测试状态为了验证豪克能Hy2050焊接应力消除设备对焊接残余应力的削减效果，设置以下两个状态并用盲孔法进行测试。（1）对接焊缝施焊48小时后，焊接残余应力削减前；（2）焊接应力削减后。对比以上两种状态下焊接残余应力的大小，从而判断豪克能Hy2050焊接应力消除设备对焊接残余应力的削减效果。4.4.2盲孔法测试步骤盲孔法测残余应力的步骤如

28、下：（1）将BE350-3CD-K应变花按应变计粘贴通用方法准确粘贴在试样测量点上，并焊好测量导线。粘贴前试样表面应打磨，但在打磨时不能破坏原有残余应力场。（2）连接静态电阻应变仪。以待测的应变花作为补偿片，将各应变计所接电桥调零。（3）安装钻具。将带观察镜的钻具放在试样表面上，必要时开启照明灯，在观察镜里观察，初步对准应变花中心位置。然后在钻具支腿与试样接触处滴少许502胶水，胶水固化后拧紧钻具支腿上的锁帽，将钻具固定于试样表面。再松开锁紧压盖，调X-Y方向的四个调节螺钉（必须先松后紧），使观察镜的十字线中心在转动观察镜观察时始终与应变花中心保持重合。锁紧压盖，静态电阻应变仪重新调零。（4）

29、钻孔，取下观察镜，将专用端面铣刀的钻杆擦干净，滴上润滑油（需用缝纫机油，不可使用一般机油），插入钻具的套筒内，用手轻轻转动，划去钻孔部位的应变花基底后，取出钻杆。此时，每个应变计的应变读数应当变化不大，再次调整静态电阻应变仪的零点。将配置1.0mm钻头的钻杆擦干净，滴上润滑油插入钻具套筒内，松开钻杆上的定位卡圈，在钻杆卡圈与钻具套筒间塞入厚度为2.0mm的钻孔深度控制垫块，使钻头与工件接触后固定卡圈。除去2.0mm的垫块，连接好手电钻，调压器调至6070V，即可开钻。保持合适的压力，钻至卡圈与夹具套筒间贴合，即预定孔深（2.0mm），拔出钻杆。再换上配置1.5mm麻花钻杆，按以上相同步骤进行钻孔调压器电压应保持在6070V，进刀量尽量小。至预定孔深后，拔出钻杆过35分钟，当静态电阻应变仪指示稳