鋼結構的檢測與加固研究

【摘 要】隨著我國經濟發展和人民生活水平提高，鋼結構由于其優異的性能，得到越來越廣泛的應用。與此同時，鋼結構工程事故也是時有發生，這就使得鋼結構安全性評估成為研究的重中之重。從結構檢測與鑒定的基本概念出發，分析了建筑鋼結構檢測與鑒定的對象，總結了建筑鋼結構檢測與鑒定的內容及現有手段，并以具體案例分析研究了鋼結構安全性檢測及加固措施。

【關鍵詞】建筑鋼結構；檢測；加固；案例分析

Steel the examination of the structure with reinforce research

Li Rui-gang

(Genhe City audit bureau Genhe Inner Mongolia 022350)

【Abstract】Along with our country economy development and people life level exaltation， steel structure because of it excellent function， get more and more extensive of application.At the same time， the steel structure engineering trouble also the that time contain occurrence， this make the steel structure safety valuation become research of heavy medium of heavy.Set out with the basic concept authenticate from the structure examination， analysis building steel structure examination with authenticate of object， summary building steel structure examination with authenticate of contents and resourceful now， and with concrete case analysis research steel structure safety examination and reinforce measure.

【Key words】Building steel structure;Examination;Reinforce;Case analysis

隨著我國經濟發展和人民生活水平提高，建筑結構的檢測和鑒定越來越引起人們的重視，特別是近幾年發生的一些坍塌事故，更是建筑結構安全性評估成為目前的當務之急。而建筑鋼結構由于鋼材的優異性能，制作安裝的高度工業化以及結構體形的新穎和靈巧，更是得到越來越廣泛的應用，然而，在鋼結構應用飛速發展的同時，國內外都曾發生過許多不同類型、不同原因、不同程度的建筑鋼結構工程事故，恃別是一些重要的鋼結構工程倒塌事故，自然的鋼結構安全性評估更是研究的重中之重。

1. 建筑鋼結構工程事故破壞機理、檢測內容

1.1 建筑鋼結構工程事故類型及破壞機理。

鋼結構事故類型最主要集中在穩定性的破壞、疲勞破壞、脆性破壞和腐蝕破壞四種。破壞機理如下：鋼結構失穩原因局部失穩和整體失穩；鋼結構構造、應力集中、應力幅等引起的鋼結構疲勞問題；低溫和動載、材質缺陷、鋼板厚度、應力腐蝕、氫脆引起的脆性斷裂；腐蝕問題有化學腐蝕、電化學腐蝕等。

1.2 建筑鋼結構檢測的內容。

針對以上鋼結構工程事故常發生的類型，建筑鋼結構工程檢測內容可分為三個部分:鋼結構材料檢測、鋼結構連接檢側(包括緊固件檢測和焊縫無損探傷)及鋼結構性能檢測。

建筑鋼結構用材料又可分為三大類，即結構(構件)用材料、結構連接用材料(焊接用材料)及結構防護用材料。鋼結構材料檢測便是針對以上三類材料的檢測。

對于建筑鋼結構連接的檢測，鋼結構的連接有三種方式:緊固件連接、焊接連接和柳釘連接，其中柳釘已經很少用，多被高強度螺栓連接所取代。焊接連接是最常用的連接方式，因而焊縫質量的檢測是鋼結構檢測的主要內容。

針對建筑鋼結構性能的檢測涉及面很廣，主要包括以下內容和方法:

(1)結構荷載及作用檢測。

(2)結構形體及結構損傷的測定。

(3)幼結構構件及連接的強度檢測。

(4)結構及構件的穩定性核定。

(5)結構及構件的剛度檢測。

(6)結構動力性能檢測。

(7)結構疲勞與斷裂檢測。

(8)鋼結構防腐防銹及抗火性能檢測。

2. 建筑鋼結構檢測的技術-無損檢測在鋼結構中的應用［9］

建筑鋼結構檢測的技術，主要包括力學性能、理化分析、無損探傷、結構性能等領域。其中鋼結構無損檢測目前應用最廣，主要應用在以下幾方面：

2.1 焊接球節點鋼網架

其整體結構由鋼管桿件與空心鋼球焊接組成的，球桿焊縫和空心球焊縫是二級質量焊縫，因此焊縫內部質量是保證網架安全主要因素，而焊縫質量檢測采用超聲檢測，其檢測方法和評定方法執行JG/T3034.1。

2.2 螺栓球節點鋼網架中的應用。

螺栓球節點鋼網架由螺栓球、高強度螺栓和桿件三個分體構件組裝而成。螺栓球和高強度螺栓要進行表面質量檢測，一般采用水洗型著色滲透檢測，其檢測方法和評定方法執行JB4730；桿件焊縫要進行內部質量檢測，依據JGJ78采用超聲檢測，其檢測方法和評定方法執行JG/T3034.2。

2.3 在焊接鋼結構工程中的應用。

焊接H型門式鋼結構由鋼柱和鋼梁焊拼而成，是常見的一種焊接鋼結構。其中的全熔透焊縫內部質量要進行超聲檢測，其檢測方法和評定方法執行GB/T11345。抽樣數量和方法，一級焊縫100%檢測，二級焊縫按每條焊縫長度的20%且不小于200MM抽取。

2.4 在緊固件連接鋼結構工程中的應用。

廠房的H型門式鋼架和高層建筑的鋼骨架，大部分是分體鋼柱和鋼梁用高強度螺栓連接組裝的，是典型的緊固件連接鋼結構工程。其中的鋼柱和鋼梁的全熔透焊縫內部質量要進行超聲檢測。

3. 鋼結構加固的方法

3.1 改變結構計算圖形的加固。

改變結構計算圖形的加固方法指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節點性質和邊界條件，增設附加桿件和支撐，施加預應力，考慮空間協同工作等措施對結構進行加固的方法。

3.1.1 鋼柱的加固。

3.1.1.1 增設支撐減少柱計算長度。

3.1.1.2 將屋架與柱交接改為剛接，減少柱計算彎矩和計算長度。

3.1.1.3 增加屋蓋支撐使排架柱可按空間結構進行驗算。

3.1.1.4 加強某柱列，使排架所受水平荷載主要由該列柱承擔，其他柱列卸載，減少加固工作量。

3.1.2 鋼梁的加固。

3.1.2.1 增設支柱或支撐以減少梁的跨度，提高梁的承載力。

3.1.2.2 增設拉桿施加預應力。

3.1.2.3 將各單跨梁支座連接成連續梁，以減少跨中彎矩。

3.2 增大構件截面的加固。

增大構建截面的加固，大都采用增補鋼材的方法，此外也可對原構件外包混凝土進行加固。

3.2.1 鋼柱的加固可采用改變截面形式方式，來提高彎矩作用平面內外的承載能力。

3.2.2 鋼梁加固，焊接組合梁和型鋼梁都可在翼緣板上加焊水平板，斜板或型鋼進行加固，一般宜上下翼緣均加固，但當有鋪板上翼緣加固困難時，亦可僅對下翼緣補強加固。對用于梁腹板抗剪強度不足的加固，當梁腹板穩定性不能保證時，往往采用設置加勁肋的方式。

3.3 連接和節點加固。

構件的增補或局部桿件的替換，都需要適當的連接。加固的桿件必須通過節點加固才能參與原結構工作，破壞了的節點需要加固。

3.3.1 原焊接連接的加固。

焊接連接的加固應采用焊接，可采用增加焊縫長度，加大焊縫高度或兩者同時進行的方法實現，優先考慮增加焊縫長度。加固焊縫與原有焊縫連接時，施焊前應對相接處原有焊縫進行處理，使加固焊縫與原有焊縫之間有一平滑過渡，加固焊縫的起點和落點不得僅靠原有焊縫邊緣。

3.3.2 原鉚釘螺栓連接的加固。

鉚釘連接的加固宜用高強螺栓摩擦型連接；螺栓連接的加固也宜用高強螺栓。當用焊縫加固普通螺栓或鉚釘連接時，應按焊縫承受全部作用力設計計算其連接，不考慮兩種連接的共同工作，且不宜拆除原有連接件。

3.3.3 節點連接的擴大。

當原有連接節點無法布置加固新增的連接件或焊縫時，可考慮加大節點連接板或加輔助件，新增節點板應牢靠地焊接在原節點板上；加輔助件的方法一般要求短斜板與節點板間的焊縫承載力是該短斜板與桿件連接焊縫承載力的1.5倍。

4. 鋼結構檢測事故分析及鋼結構加固案例分析

4.1 鋼結構房屋倒塌使館案例分析。

4.1.1 輕型鋼結構廠房倒塌事故。

2008年初，南方雪災，積雪厚度超過該地區50年一遇的基本雪壓所對應的折算厚度，給江蘇省輕鋼結構等對雪荷載比較敏感的結構形式房屋帶來了嚴峻的考驗。本文根據輕鋼結構廠房倒塌的數個案例情況進行了現場檢測鑒定基礎上，對其倒塌原因及今后設計施工中注意問題進行了分析。

根據現場對倒塌廠房的殘留結構構件及非結構構件的檢測鑒定，發現如下系列問題：

4.1.1.1 輕鋼屋蓋的施工質量沒有保證，剛結構構件與支承構件間的連接及鋼結構構件間的連接較為薄弱，大多采用焊接且焊接質量較差，有的甚至直接將鋼屋架擱置在墻上且未采取相應的加強連接措施。

4.1.1.2 無正規的設計圖紙與施工資料，鋼結構構件間缺少相應的連接構件，如鋼梁之間缺少水平支撐，縱向系桿，屋面檁條間缺少水平拉桿等，使屋蓋鋼結構本身的承載能力和安全儲備較低，缺少足夠的平面外穩定性。

4.1.1.3 主體結構完工后缺少必要的維護保養措施，剛結構構件連接點間存在嚴重的銹蝕及焊接殘留等。

因此在大雪荷載作用下，一旦發生側向失穩，其兩端的支撐點就會被拉脫而發生屋蓋結構整體倒塌事故。

4.1.2 網架結構屋面倒塌事故［7-8］

以沈陽某游泳館網架結構屋面倒塌事故為例，其為正放四角錐焊接球鋼網架結構，下弦水平，上弦雙面3%起坡，支托按2%找坡，網架鋼管及焊接空心球采用Q235鋼材，網架周邊支承支座為平板壓力支座，過渡鋼板與支座采用螺栓連接，螺栓與預埋件焊接，屋面防水層為兩層6MM厚APP改性瀝青油氈防水，屋面四周設有1.2米高女兒墻。該工程屋面于2007年3月4日下午在暴風雪襲擊中倒塌。

經調查發現該工程網架結構屋面倒塌發生在南側支座與桿件連接部位焊接質量較差。從屋面塌落破壞形態看，破壞多在桿件與連接部位的焊縫處，桿件與球焊接部位多為虛焊，未達到熔透焊標準，焊縫極不均勻，甚至有的破壞節點桿件與球焊接部位沒有焊跡呈光滑狀態。

在現有屋面荷載作用下，經計算，網架結構承載力已達到承載力極限狀態，該網架在此狀態下工作近6年，于此次暴風雪襲擊下 由于東南側屋面收到女兒墻阻擋，屋面積雪突增致使網架與支座連接處焊縫斷裂發生塌落事故。

4.2 鋼結構加固案例分析。

本例以某石化總場芳烴抽取裝置改造設計中鋼結構冷換框架8.7M跨度2層的鋼框架加固為例，對鋼構架加固的方案確定及施工圖設計要點問題進行分析論述。

鋼構架上生產設備的更新直接帶來了結構荷載的增加，如何保證鋼構架在新荷載作用下的結構安全是本次改造設計的主要問題。首先對原有鋼構架取受荷載變化影響較大的軸線構件進行在新舊荷載作用下的結構內力分析計算。由此可知原有設備梁、柱、斜撐能滿足新荷載的要求且原有構架梁的強度不能滿足新荷載的要求，需更換或加固。

對構架梁的加固采用加大其翼緣截面，來增大截面抵抗矩，降低應力值。具體做法：在原有構架梁上、下翼緣各貼一塊厚度為10MM的加固鋼板，其總寬度為26MM，實現翼緣截面增大26cm2 以降低應力。

加固鋼板與原有構架梁上、下翼緣之間的連接焊縫是能使兩者共同工作的關鍵，采取了如下措施：

4.2.1 對構架梁的上、下翼緣采用不同寬度的加固鋼板，使上翼緣加固鋼板窄于上翼緣，下翼緣加固鋼板寬于下翼緣，從而避免仰焊。

4.2.2 施工圖中嚴格要求加固鋼板的焊接施工順序：焊接前將加固鋼板與被加固翼緣沿全長相互壓緊；用長20~30MM的間斷焊縫定位焊接后，再由加固件端向內分區段施焊，依次施焊區段焊縫應間歇2~5Min，并加固板兩側的焊縫應平行施焊；先施焊梁下翼緣加固板，后施焊梁上翼緣加固板；加固焊接須由有較高焊接技術級別的焊工施焊。最終目的是使構件在焊接過程中能對稱自由變形，最大限度減少焊接高溫帶來的殘余應力和畸變。

5. 總結與展望

通過了解建筑鋼結構檢測與鑒定的對象以及目前針對建筑鋼結構檢測鑒定對象所采用的手段，可以發現目前對于建筑鑰結構的檢測鑒定還是停留在對一些具體結構，或者構件層次上的檢測鑒定，且缺乏針對性的技術標準。對實際工程鋼結構質量的檢測與加固這類問題的研究，有待于設計和鑒定理論的提高。

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