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钢结构检测加固技术研究
日期:2017-7-18 10:20:11 作者:佚名 来源:本站原创
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在我国的建设中经常遇到为节省投资和时间,而重新利用结构还比较完好、经过处理加固可以投入使用的原有旧钢结构的施工工程。但由于这些旧钢结构使用的年份都可能比较长、锈蚀损坏的程度也比较严重、原有钢材的化学成分及力学性能也不清楚、而且都是带着荷载进行施工的,所以其施工难度较大、技术要求较高、危险性也比较大,因此必须要掌握一整完整的检测方法确定实用可行的施工方案及施工措施。本文从结构检测与鉴定的基本概念出发,分析了建筑钢结构检测与鉴定的对象,总结了建筑钢结构检测与鉴定的内容及现有手段,并以具体案例分析研究了钢结构安全性检测及加固措施。

  目前我国的建筑业已步入第二发展阶段的门槛,随着我国经济发展和人民生活水平提高,建筑结构的检测和鉴定越来越引起人们的重视,而建筑钢结构由于钢材的优异性能,制作安装的高度工业化以及结构体形的新颖和灵巧,更是得到越来越广泛的应用,然而,在钢结构应用飞速发展的同时,国内外都曾发生过许多不同类型、不同原因、不同程度的建筑钢结构工程事故,自然的钢结构安全性评估更是研究的重中之重。
  1、建筑钢结构工程事故破坏机理、检测内容
  1.1 建筑钢结构工程事故类型及破坏机理。
  在实践中钢结构事故类型最主要集中在稳定性的破坏、疲劳破坏、脆性破坏和腐蚀破坏四种。破坏机理如下:钢结构失稳原因局部失稳和整体失稳;钢结构构造、应力集中、应力幅等引起的钢结构疲劳问题;低温和动载、材质缺陷、钢板厚度、应力腐蚀、氢脆引起的脆性断裂;腐蚀问题有化学腐蚀、电化学腐蚀等。
  1.2 建筑钢结构检测的内容。
  针对以上钢结构工程事故常发生的类型,建筑钢结构工程检测内容可分为三个部分:钢结构材料检测、钢结构连接检侧(包括紧固件检测和焊缝无损探伤)及钢结构性能检测。
  建筑钢结构用材料又可分为三大类,即结构(构件)用材料、结构连接用材料(焊接用材料)及结构防护用材料。钢结构材料检测便是针对以上三类材料的检测。
  对于建筑钢结构连接的检测,钢结构的连接有三种方式:紧固件连接、焊接连接和柳钉连接,其中柳钉已经很少用,多被高强度螺栓连接所取代。焊接连接是最常用的连接方式,因而焊缝质量的检测是钢结构检测的主要内容。
  针对建筑钢结构性能的检测涉及面很广,主要包括以下内容和方法:
  (1)结构荷载及作用检测。
  (2)结构形体及结构损伤的测定。
  (3)幼结构构件及连接的强度检测。
  (4)结构及构件的稳定性核定。
  (5)结构及构件的刚度检测。
  (6)结构动力性能检测。
  (7)结构疲劳与断裂检测。
  (8)钢结构防腐防锈及抗火性能检测。
  2、建筑钢结构检测的技术-无损检测在钢结构中的应用
  建筑钢结构检测的技术,主要包括力学性能、理化分析、无损探伤、结构性能等领域。其中钢结构无损检测目前应用最广,主要应用在以下几方面:
  2.1 焊接球节点钢网架
  其整体结构由钢管杆件与空心钢球焊接组成的,球杆焊缝和空心球焊缝是二级质量焊缝,因此焊缝内部质量是保证网架安全主要因素,而焊缝质量检测采用超声检测。
  2.2 螺栓球节点钢网架中的应用。
  螺栓球节点钢网架由螺栓球、高强度螺栓和杆件三个分体构件组装而成。螺栓球和高强度螺栓要进行表面质量检测,一般采用水洗型着色渗透检测;杆件焊缝要进行内部质量检测,依据JGJ78采用超声检测。
  2.3 在焊接钢结构工程中的应用。
  焊接H型门式钢结构由钢柱和钢梁焊拼而成,是常见的一种焊接钢结构。其中的全熔透焊缝内部质量要进行超声检测。抽样数量和方法,一级焊缝100%检测,二级焊缝按每条焊缝长度的20%且不小于200MM抽取。
  2.4 在紧固件连接钢结构工程中的应用。
  厂房的H型门式钢架和高层建筑的钢骨架,大部分是分体钢柱和钢梁用高强度螺栓连接组装的,是典型的紧固件连接钢结构工程。其中的钢柱和钢梁的全熔透焊缝内部质量要进行超声检测。
  3、钢结构加固的方法
  3.1 改变结构计算图形的加固。
  改变结构计算图形的加固方法指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑,施加预应力,考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法。
  3.1.1 钢柱的加固。
  3.1.1.1 增设支撑减少柱计算长度。
  3.1.1.2 将屋架与柱交接改为刚接,减少柱计算弯矩和计算长度。
  3.1.1.3 增加屋盖支撑使排架柱可按空间结构进行验算。
  3.1.1.4 加强某柱列,使排架所受水平荷载主要由该列柱承担,其他柱列卸载,减少加固工作量。
  3.1.2 钢梁的加固。
  3.1.2.1 增设支柱或支撑以减少梁的跨度,提高梁的承载力。
  3.1.2.2 增设拉杆施加预应力。
  3.1.2.3 将各单跨梁支座连接成连续梁,以减少跨中弯矩。
  3.2 增大构件截面的加固。
  增大构建截面的加固,大都采用增补钢材的方法,此外也可对原构件外包混凝土进行加固。
  3.2.1 钢柱的加固可采用改变截面形式方式,来提高弯矩作用平面内外的承载能力。
  3.2.2 钢梁加固,焊接组合梁和型钢梁都可在翼缘板上加焊水平板,斜板或型钢进行加固,一般宜上下翼缘均加固,但当有铺板上翼缘加固困难时,亦可仅对下翼缘补强加固。对用于梁腹板抗剪强度不足的加固,当梁腹板稳定性不能保证时,往往采用设置加劲肋的方式。
  3.3 连接和节点加固。   构件的增补或局部杆件的替换,都需要适当的连接。加固的杆件必须通过节点加固才能参与原结构工作,破坏了的节点需要加固。
  3.3.1 原焊接连接的加固。
  焊接连接的加固应采用焊接,可采用增加焊缝长度,加大焊缝高度或两者同时进行的方法实现,优先考虑增加焊缝长度。加固焊缝与原有焊缝连接时,施焊前应对相接处原有焊缝进行处理,使加固焊缝与原有焊缝之间有一平滑过渡,加固焊缝的起点和落点不得仅靠原有焊缝边缘。
  3.3.2 原铆钉螺栓连接的加固。
  铆钉连接的加固宜用高强螺栓摩擦型连接;螺栓连接的加固也宜用高强螺栓。当用焊缝加固普通螺栓或铆钉连接时,应按焊缝承受全部作用力设计计算其连接,不考虑两种连接的共同工作,且不宜拆除原有连接件。
  3.3.3 节点连接的扩大。
  当原有连接节点无法布置加固新增的连接件或焊缝时,可考虑加大节点连接板或加辅助件,新增节点板应牢靠地焊接在原节点板上;加辅助件的方法一般要求短斜板与节点板间的焊缝承载力是该短斜板与杆件连接焊缝承载力的1.5倍。
  4、钢结构检测事故分析及钢结构加固案例分析
  4.1 钢结构房屋各种倒塌分析。
  4.1.1 轻型钢结构厂房倒塌。
  根据轻钢结构厂房倒塌的数个案例情况进行了现场检测鉴定基础上,对其倒塌原因及今后设计施工中注意问题进行了分析。发现如下系列问题:
  4.1.1.1 轻钢屋盖的施工质量没有保证,刚结构构件与支承构件间的连接及钢结构
  构件间的连接较为薄弱,大多采用焊接且焊接质量较差,有的甚至直接将钢屋架搁置在墙上且未采取相应的加强连接措施。
  4.1.1.2 无正规的设计图纸与施工资料,钢结构构件间缺少相应的连接构件,如钢梁之间缺少水平支撑,纵向系杆,屋面檩条间缺少水平拉杆等,使屋盖钢结构本身的承载能力和安全储备较低,缺少足够的平面外稳定性。
  4.1.1.3 主体结构完工后缺少必要的维护保养措施,刚结构构件连接点间存在严重的锈蚀及焊接残留等。
  因此在大雪等其它荷载作用下,一旦发生侧向失稳,其两端的支撑点就会被拉脱而发生屋盖结构整体倒塌事故。
  4.1.2 网架结构屋面倒塌事故。
  经调查发现各种工程网架结构屋面倒塌发生在连接部位焊接质量较差。破坏多在杆件与连接部位的焊缝处,杆件与球焊接部位多为虚焊,未达到熔透焊标准,焊缝极不均匀,甚至有的破坏节点杆件与球焊接部位没有焊迹呈光滑状态
  5、总结与展望
  总的来说,我国钢结构加固检测已逐渐成了热点。但对已有建筑现代加固改造技术的研究还处于起步阶段,虽然发展迅速,并已取得了一线成绩,但总体技术水平较低,建筑加固改造市场秩序还比较乱,缺少统一的行为总则来规范建设业务,对实际工程钢结构质量的检测与加固这类问题的研究,有待于设计和鉴定理论的提高。
  参考文献:
  [1]CECS77:96 钢结构加固技术规范.
  [2]GB50205-2001.钢结构工程质量验收规范[S].
  [3]JGJ17-91.网架结构设计与施工规程[S].
  [4]JGJ78-91.网架结构工程质量检验评定标准[S].


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