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、试验简简介 试验简介1.1工程程介绍广州白云国国际机场场扩建工工程二号号航站楼楼工程支支撑钢结结构屋面面的主体体结构柱柱为钢管管混凝土土柱，共共60根（一标标45根，二二标155根），最高高度度为477.3mm。钢管混凝土土柱设计计图编号号为GGGZ，共共有三种种形式：T-GGGZ-14000、T-GGGZ-18000、T-GGGZ-1400018000。其其中，TT-GGGZ-11400018000为锥锥形柱。钢钢管柱壁壁厚300

2、，部部分肋板板采用440厚厚钢板，材材质均为为Q3445B，管管内混凝凝土强度度等级为为C500。总用用钢量约约40000吨。1.2试验验目的及内容1.2.11试验目目的（1）验证证超声波波径向对对测法检测测钢管混混凝土质质量的可可靠性，为为现场实实际检测测提供依依据；（2）验证证超声波波冲击振振动仪法法消除焊焊接残余余应力的的可靠性性，为现现场实际际焊接残残余应力力的削减减提供依依据。1.2.22试验内内容为实现上述述试验目目的，现现场1:1模型型检测试试验主要要进行以以下两方方面的工工作内容容：（1）钢管管混凝土土浇筑质质量检测测；（2）焊接接残余应应力的消消减检测测。1.3试验验依据1.

3、3.11文件依据据设计院提供供的模型型试验方方案及有有关会议议纪要广州白云云国际机机场扩建建工程二二号航站站楼钢管管混凝土土柱工程程招标文文件（粤粤机指招招标 20114 15号号）1.3.22标准规规范（1）钢钢管混凝凝土结构构设计与与施工规规程（CECS28:90）；（2）建建筑结构构检测技技术标准准（GGB/TT503344-20004）；（3）超超声法监监测混凝凝土缺陷陷技术规规程（CECS21:2000）；（4）焊焊接构件件振动时时效振动动工艺参参数选择择及技术术条件（JB/T 10375-2002 ）；（5）钢钢管混凝凝土工程程施工质质量验收收规范（GBB506628-20110）

4、；（6）混混凝土结结构工程程施工质质量验收收规范（GBB50220144-20011）；（7）振振动时效效振动效效果评定定方法（JB/T 5926-2005）；（8）其他他相关标标准、规规范、规规程。二、现场11:1模模型制作作及安装装质量要要求2.1制作作原则（1）经济济适用原原则该模型的制制作首先先要综合合各方面面的因素素，本着着节约成成本、易易于操作作的原则则。经济济适用原原则也是是钢管混混凝土柱柱现场1:1模型型制作的的基本前前提。（2）合理理科学原原则在考虑经济济适用原原则的基基础上，明明确钢管管混凝土土柱现场场1:11模型试试验的目目的，该该现场11:1模模型的制制作必须须满足试试

5、验目的的的要求求。这就就要求在在该模型型的制作作中考虑虑合理科科学原则则，该原原则也是是钢管混混凝土柱柱现场11:1模模型制作作的必要要基础。2.2模型型确定综合以上原原则，并并参照招招标文件件及设计计要求，选选择T-GGZZ-14400类类钢管混混凝土柱柱1根作为该该试验11:1模模型。该该钢管混混凝土柱柱高6.26米米，直径径为14400，壁厚厚30。具体体示意见见图2.12.3所示。（a）混凝凝土浇筑筑前1:1模型型（b）混凝凝土浇筑筑后1:1模型型图2.1钢钢管混凝凝土柱现现场1:1试验验模型示示意图图2.2圆圆管柱拼拼接节点点详图图2.3节节点内加加劲肋详详图2.3模型型制作、安安装

6、质量量标准2.3.11钢结构构制作、安安装质量量要求本试验所采采用的钢钢管柱出出厂前对对需钢管管焊缝进进行1000%的的超声波波探伤自自检，质质量等级级要求达达到级级。钢管管壁表面面不得要要划痕、麻麻点等缺缺陷。钢钢管柱制制作允许许偏差满满足下表表要求：钢管制作允允许偏差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度本试验的钢钢管柱安安装在独独立承台台基础上上，通过过预埋锚锚栓连接接，并由由柱底板板下螺母母进行调调平，底底板与承承台面的的间隙采采用无收收缩专用用早、高高强灌浆浆料填灌灌密实。安安装精度度需重点点控制其其垂直度度，垂直直度允许许偏差为为H/10000，且最大不不大于11

7、5mmm。因本本试验钢钢管柱由由两段组组成，在在现场接接长，接接长拼焊焊处在施施焊前宜宜均匀加加热焊缝缝附近部部位，并并采用对对称施焊焊，焊缝缝质量等等级要求求达到级。2.3.22 C550混凝凝土浇筑筑工艺该试验混凝凝土标号号为C550，其其性能参参数见表表2-1。表2-1 C500混凝土土性能参参数表水胶比配合比（水泥：砂砂：石：水：外外加剂：混合材材）砂率（%）坍落度（mmm）表观密度（kg/m3）0.311:1.669:22.888:0.36:0.003:00.18837.01552360材料用量（kg/m3）抗压强度（MPa）水泥砂石水混合材外加剂7d28d快速法3846501107

8、1406810.62259.9现场拟采用用高空抛抛落法浇浇筑施工工工艺。自由倾倾落高度度不大于于2m，当当大于22m时，采采用溜槽槽、串筒筒等器具具辅送，内部振振捣器振振实。一一次抛落落的混凝凝土量宜宜在0.7，用用料斗装装填，料料斗的下下口尺寸寸应比钢钢管内环环板的内内圆径小10002000，以以便混凝凝土下落落时管内内空气排排出。三、钢管混混凝土浇浇筑质量量检测采用超声波波检测是是钢管混混凝土密密实度和和均匀性性无损检检测的首首选方案案，目前前该技术术已经在在钢管混混凝土结结构中得得到了较较为广泛泛的应用用。该试试验拟采采用径向向对测剖面法检检验混凝凝土质量量。3.1检测测前准备备工作（1

9、）人员员准备：检测人人员须穿穿戴安全全设备，且且身体精精神状态态良好；（2）仪器器设备准准备：检检查仪器器设备工工作状态态是否良良好，并并保证所所用仪器器设备在在标定期期内；（3）资料料准备：提前准准备好检检测用资资料，并并编制检检测用表表格等。3.2仪器器设备北京智博联联科技有有限公司司生产的的ZBLL-U5520非非金属超超声波探探测仪11台，平面面和径向向声波换换能器各各1套，数据据（声波波、波幅幅）自动动采集装装置1套和电脑脑1台等。3.3检测测原理利用超声脉脉冲法检检测混凝凝土质量量缺陷依依据以下下原理：（1）超声声脉冲波波在混凝凝土中遇遇到缺陷陷时产生生绕射，可可根据声声时和声声程

10、的变变化，判判别和计计算缺陷陷的大小小；（2）超声声脉冲波波在缺陷陷界面产产生散射射和反射射，到达达接受换换能器的的声波能能量（波波幅）显显著减小小，可根根据波幅幅变化的的程度判判断缺陷陷的性质质和大小小；（3）超声声脉冲波波通过缺缺陷时，部部分声波波会产生生路径和和相位的的变化，不不同路径径或不用用相位的的声波叠叠加后，造造成接收收信号波波形畸变变，可参参考畸变变波形分分析判断断缺陷；（4）超声声脉冲波波中各频频率成分分在缺陷陷界面衰衰减程度度不同，接接收信号号的频率率明显降降低，可可根据接接收信号号主频或或频率谱谱的变化化分析判判别缺陷陷情况。当混凝土的的组成材材料、工工艺条件件、内部部质

11、量及及测试距距离一定定时，各各个测点点超声传传播速度度、首波波幅度和和接收信信号主频频率等声声学参数数一般无无明显差差异。如如果某部部分混凝凝土存在在空洞、不不密实或或裂缝等等缺陷，破破坏了混混凝土的的整体性性，通过过该处的的超声波波与无缺缺陷混凝凝土相比比较，声声时明显显偏长，波波幅和频频率明显显降低。超超声法检检测混凝凝土缺陷陷，正是是根据这这一基本本原理，对对同条件件下的混混凝土进进行声速速、波幅幅和主频频测量值值的相对对比较，从从而判断断混凝土土的缺陷陷情况。3.4检测测方法超声波检测测混凝土土质量缺缺陷系统统示意见见图3.1所示示。对于于钢管混混凝土柱柱检测应应采用径径向对测测的方法

12、法，布置置测点时时，可先先测量钢钢管实际际周长，再再将圆周周等分，在在钢管测测试部位位画出若若干根母母线和等等间距的的环向线线，线间间距宜为为15003000。钢管管混凝土土检测示示意见图图3.2所示示。图3.1 超声波波检测系系统方块块图（a）平面面图（b）立面图图图3.2 钢管混混凝土检检测示意意图检测时可先先作径向向对测，在钢钢管混凝凝土每一一环线上上保持TT、R换能器器连线通通过圆心心，沿环环向测试试，逐点点读取声声时、波波幅和主主频。3.4.11节点区区域和非非节点区区域检测测钢管柱现场场1:11模型检测测分节点点区域检检测和非非节点区区域检测测。其中中，节点点区域为为节点附附近30

13、0内，非非节点区区域为节节点附近近300外。对于两两种混凝凝土施工工工艺各各选至少少4个截面面进行超超声波径径向对测测法检测测混凝土土混凝土土浇筑质质量，且且每种混混凝土施施工工艺艺下节点点区域和和非节点点区域各各至少22个截面面。节点点区域测测试面每每周布置置4个测点点，非节节点测试试面每周周布置6个测点点，具体体示意分分别见图图3.2、3.3所示示。图3.2节节点区域域测点布布置示意意图3.3非节节点区域域测点布布置示意意超声波检测测过程中中，及时时记录波波速、波波幅、频频率特征征及波形形特征，对对可疑部部位加密密抽取检检测点。检测注意事事项：检检测时使使用同一一台仪器器，使用用同一对对收

14、发换换能器，发发射电压压不能改改变，选选择测试试参数相相同，换换能器耦耦合要一一致。同同时记录录声时、幅幅值和频频率等参参数。3.4.22空洞及及不密实实区域检检测为确保能够够检测出钢管混混凝土现现场浇筑筑中出现现的空洞及及不密实实区域，并并为空洞洞及不密密实区域域的处理理提供依依据。在在该1:1模型型试验中中采取人人为设置置缺陷的的方法来来检测，检检测方法法均采用用超声波波径向对对测剖面面法，检测测点点布置形形式采用用图3.3所示示形式。空洞设置两两个，其直径分别别约为1030mmm、5060mmm。不密实实区域用用袋子包包裹粗骨骨料模拟拟，直径径约了22530mmm，具具体位置置示意见见图

15、2.11（b）所示。所所有位置置缺陷位位置确定定后，应应固定牢牢固，防防止在混混凝土振振捣的过过程中发发生偏移移。3.4.33混凝土土和钢管管壁脱空空检测钢管壁和混混凝土之之间的结结合情况况对于钢钢管混凝凝土浇筑筑质量很很重要，故故该试验验进行了了混凝土土和钢管管壁脱空空模拟试试验。模模拟形式式采用紧紧贴管壁壁的环形形空隙，环环形空隙隙长度为为1/44周长，轴轴向长度度为0.51.00m。设设置在钢钢管混凝凝土柱顶顶端位置置。（a）平面面图（b）立面面图图3.4钢钢管壁与与混凝土土脱开模模拟示意意图采用下图检检测方案案进行对对比对脱脱空和非非脱空区区域进行行试验比比较。图3.5脱脱空模拟拟检测

16、对对比示意意3.5数据据处理与与判断（1）同一一测距的的声时、波波幅和频频率的统统计计算算及异常常值判别别应按超超声法检检测混凝凝土缺陷陷技术规规程（CECS 21：2000）第6.3.1和6.3.2条规定执行；（2）当同同一测位位的测试试数据离离散性较较大或数数据较少少时，可可将怀疑疑部位的的声速、波波幅、主主频与相相同直径径钢管混混凝土的的质量正正常部位位的声学学参数相相比较，综综合分析析判断所所测部位位的内部部质量。3.6质量量评估1、敲击法法：敲击击声音沉沉闷表示示浇筑质质量较好好，敲击击声音清清脆或带带有明显显的回音音表示内内部有空空洞，浇浇筑质量量存在缺缺陷。2、超声波波法（1）确

17、定定钢管混混凝土的的平均波波速和波波速异常常判断值值对检测得出出的波速速、波幅幅、频率率进行数数理统计计（统计计方法详详见钢管管混凝土土1:11模拟实实验），得得到波速速平均值值（mx）,标准差差（sx），再再计算异异常判断断值XO=mx-iSx。根据据波速平平均值和和异常判判断值与与各截面面测试（2）根据据声时、幅幅值、频频率来确确定异常常点位a、声时短短（波速速正常），幅幅值大，频频率高表表明混凝凝土密实实均匀，没没有缺陷陷；b、声时长长（波速速不正常常），幅幅值小，频频率低表表明混凝凝土中存存在缺陷陷，其缺缺陷应在在收发换换能器的的连线上上，缺陷陷类型有有：离析析、蜂窝窝、裂缝缝、脱空空

18、等；c、声时短短(波速正正常)，幅值值小，频频率低，引引起这类类异常较较多：缺缺陷位置置不在收收发换能能器的连连线上、缺缺陷位置置虽在收收发换能能器的连连线上但但缺陷轻轻微、换换能器耦耦合不好好人为造造成等，出出现这类类异常应应分析原原因，必必要时加加密测点点。四、钢管混混凝土柱柱（对接接焊缝）残余应力消减检测4.1检测测前准备备工作（1）人员员准备：检测人人员须穿穿戴安全全设备，且且身体精精神状态态良好；（2）仪器器设备准准备：检检查仪器器设备工工作状态态是否良良好，并并保证所所用仪器器设备在在标定期期内；（3）资料料准备：提前准准备好检检测用资资料，并并编制检检测用表表格等。4.2仪器器设

19、备4.2.11残余应应力削减减设备钢管柱对接接焊缝残残余应力力消除采采用山东东华云机机电科技技有限公公司生产产的豪克克能Hyy20550焊接接应力消消除设备备。该仪仪器设备备具有以以下性能能：（1）是目目前最彻彻底消除除焊接残残余应力力并产生生出理想想压应力力的时效效方法（各各种时效效方法消消除残余余应力的的情况如如下：振振动时效效3055、热热时效44080%、豪克克能时效效801000）。（2）可使使焊接接接头疲劳劳强度提提高500%1200%，疲疲劳寿命命延长551000倍。金金属在腐腐蚀环境境下的抗抗腐蚀能能力提高高约4000%。（3）用于于消除焊焊接应力力可完全全替代热热处理、振振动

20、时效效等时效效方法，且且处理工工艺简单单，效果果稳定可可靠。（4）不受受工件材材质、形形状、结结构、钢钢板厚度度、重量量、场地地之限制制，特别别是在施施工现场场、焊接接过程和和焊接修修复时用用于消除除焊接应应力更显显灵活方方便。（5）可直直接将焊焊趾处的的焊接余余高、凹凹坑、咬咬边处理理成圆滑滑的几何何过渡，从从而大大大降低应应力集中中系数。（6）可去去除焊趾趾处的微微观裂纹纹、熔渣渣缺陷，抑抑制裂纹纹的提前前萌生。（7）因为为豪克能能消除应应力处理理能同时时改善影影响焊缝缝疲劳性性能的几几个方面面的因素素,如：残残余应力力、微观观裂纹和和缺陷、焊焊趾几何何形状、表表面强化化等，所所以是目目前

21、提高高焊缝疲疲劳性能能最有效效的方法法，且有有事半功功倍之效效果。（8）更适适用于大大型结构构件的工工地焊缝缝、超高高超低处处焊缝、焊焊接修复复焊缝的的消除应应力处理理。（9）环保保、节能能、安全全、无污污染，施施工现场场使用更更显灵活活方便。4.2.22残余应应力削减减效果检检测设备备残余应力削削减效果果检测设设备采用用山东华华云机电电科技有有限公司司生产的的HK221A盲盲孔法应应力检测测仪、RSDD1型钻钻孔装置置、静态态电阻应应变仪、万万用表、测测残余应应力的BBE3550-33CD-K应变变花及其其他贴片片工具等等。HK211A盲孔孔法应力力检测仪仪是主要要用盲孔孔法进行行各种材材料

22、和结结构的残残余应力力检测分分析和研研究，还还能在静静力强度度研究中中测量结结构及材材料任意意点变形形的应力力分析的的仪器。如如果配用用相应的的传感器器，也可可以测量量力、压压力、扭扭矩、位位移和温温度等物物理量。此此系列配配有笔记记本及上上位机软软件，可可进行应应力参数数及曲线线分析，导导出保存存测量数数据等等等。4.3检测测原理在有残余应应力的焊焊接钢板板上钻一一小孔，因因小孔附附近的残残余应力力被释放放，孔区区附近的的残余应应力场发发生变化化。只要要测出该该局部区区域的应应变变化化量，即即可计算算出板上上钻孔处处释放前前的残余余应力值值、：（1）（2）式中：、分别为为该处在在0、45、9

23、0方向上上的释放放应变；、分别为为最大、最最小主应应力；为为最大主主应力与与电阻片片参考轴轴的夹角角；E为被测测钢板的的弹性模模量；AA、B为应变变花的释释放系数数，BEE3500-3CCD-KK应变花花在普通通钢材上上的释放放系数，为为：需要说明的的是，释释放系数数A、B与应变变花的几几何尺寸寸、孔径径、孔深深及材料料的弹性性模型EE及泊松松比有关关，应用用时必须须对每种种被测材材料进行行标定，A、B系数不能通用。4.4检测测方法4.4.11测试状状态为了验证豪豪克能HHy20050焊焊接应力力消除设设备对焊焊接残余余应力的的削减效效果，设设置以下下两个状状态并用用盲孔法法进行测测试。（1）

24、对接接焊缝施施焊488小时后后，焊接接残余应应力削减减前；（2）焊接接应力削削减后。对比以上两两种状态态下焊接接残余应应力的大大小，从从而判断断豪克能能Hy20050焊焊接应力力消除设设备对焊焊接残余余应力的的削减效效果。4.4.22盲孔法法测试步步骤盲孔法测残残余应力力的步骤骤如下：（1）将BBE3550-33CD-K应变变花按应应变计粘粘贴通用用方法准准确粘贴贴在试样样测量点点上，并并焊好测测量导线线。粘贴贴前试样样表面应应打磨，但但在打磨磨时不能能破坏原原有残余余应力场场。接电变以的花补将变接桥调调零。（3）安装装钻具。将将带观察察镜的钻钻具放在在试样表表面上，必必要时开开启照明明灯，在

25、在观察镜镜里观察察，初步步对准应应变花中中心位置置。然后后在钻具具支腿与与试样接接触处滴滴少许5502胶胶水，胶胶水固化化后拧紧紧钻具支支腿上的的锁帽，将将钻具固固定于试试样表面面。再松松紧调X-YY方向的的四个调调节螺钉钉须后使镜的十线在观观始应中持锁盖态阻应应变仪重重新调零零。孔下镜专面的擦滴滑需纫不用机插具筒用轻划孔部位的的应变花花基底后后，取出出钻杆。此此时，每每个应变变计的应应变读数数应当变变化不大大，再次次调整静静态电阻阻应变仪仪的零点点。将配配置11.0mmm钻头头的钻杆杆擦干净净，滴上上润滑油油插入钻钻具套筒筒内，松松开钻杆杆上的定定位卡圈圈，在钻钻杆卡圈圈与钻具具套筒间间塞入

26、厚厚度为22.0mmm的钻钻孔深度度控制垫垫块，使使钻头与与工件接接触后固固定卡圈圈。除去去2.00mm的的垫块，连连接好手手电钻，调调压器调调至0V可保适力至与套贴即即预定孔孔深（22.0mmm），拔拔出钻杆杆。再换换上配置置1.5mmm麻花钻钻杆，按按以上相相同步骤骤进行钻钻孔调压器电压压应保持持在60070VV，进刀刀量尽量量小。至至预定孔孔深后，拔拔出钻杆杆过35分钟，当当静态电电阻应变变仪指示示稳定时时，测出出应变示示值、，再减减去附加加应变即即可得到到钻孔加加工所产产生的应应变输出出。BEE3500-3CCD-KK应变花花在常用用软钢、中中碳钢、低低合金钢钢上引起起的附加加应变为为-399.4，当当使用其其他应变变花或特特殊材料料时需要要事先进进行标定定。4.4.33测点布布置该试验拟在在焊接残残余应力力削减前前后，分分别在焊焊缝附近近布置测测点2个，并并分别测测试焊接接残余应应力削减减前后的的应力状状态。4.5消除除残余应应力效果果评定（1）用盲盲孔法残残余应力力检测仪仪对应用用豪克能能焊接应应力消除除设备处处理的构构件进行行残余应应力检测测，处理理前后的的焊接残残余拉应应力消除除率在990%以以上为合合格。（2）根据据设计要要求，经经