李中华1 张津铭2
1.2烟台市建工检测服务中心；1.身份证号码：370602197905091316；
2.身份证号码：37108219860720003x
摘要：钢结构健康检测及鉴定是保障建筑钢结构稳定性、安全性的重要措施。结合建筑钢结构实际特点，采用科学合理地健康检测及鉴定，及时发现质量隐患，避免造成钢结构质量事故。本文对建筑钢结构的健康检测及鉴定进行简单分析。
关键词：建筑结构；钢结构；健康检测；无损检测
一．引言
随着高层建筑的逐渐兴起，钢结构应用范围逐渐扩大，针对钢结构的健康检测也越来越多。高层建筑结构形式越来越复杂、工作条件越来越苛刻，由钢结构焊接质量造成的事故也越来越多，事故危害越来越大，对建筑钢结构的健康检测及鉴定提出了更高要求。
二．建筑钢结构健康检测内容
1.几何量检测
裂缝的检测包括裂缝出现的部位（分布）、裂缝的走向、裂缝的长度和宽度。观察裂缝的分布和走向，可绘制裂缝分布图。裂缝宽度的检测主要用10倍～20倍读数放大镜、裂缝对比卡及塞尺等工具。裂缝长度可用钢尺测量，裂缝深度可用极薄的钢片插入裂缝，粗略地测量，也可沿裂缝方向取芯或超声仪检测。判断裂缝是否发展可用粘贴石膏法，将厚10mm左右，宽约50mm～80mm的石膏饼牢固地粘贴在裂缝处，观察石膏是否裂开；也可以在裂缝的两侧粘贴几对手持式应变仪的头子，用手持式应变仪量测变形是否发展。
2.结构变形检测
测量结构或构件变形常用仪器有水准仪、经纬仪、锤球、钢卷尺、棉线等常规仪器以及激光测位移计、红外线测距仪、全站仪等。结构变形有许多类型，如梁、屋架的挠度，屋架倾斜，柱子侧移等需要根据测试对象采用不同的方法和仪器。测量小跨度的梁、屋架挠度时，可用拉铁丝的简单方法，也可选取基准点用水准仪测量。屋架的倾斜变位测量，一般在屋架中部拉杆处，从上弦固定吊锤到下弦处，量测其倾斜值，并记录倾斜方向。
3.结构材料性能检测
对钢材性能检测主要是指裂纹、孔洞、夹渣等。对焊缝主要是指夹渣、气泡、咬边、烧穿、漏焊、未焊透以及焊脚尺寸不足等对铆钉或螺栓主要是指漏铆、漏检、错位、错排及掉头。检测方法主要是外观检查、x射线、超声波探伤、磁粉探伤方法和渗透探伤方法检查。超声法用于金属材料的探测要求频率高，功率不必太大，这样测试灵敏度高，测试精度好。超声波探伤通常采用纵波探伤和横波探伤（主要用于焊缝探伤）两种方法。超声波对钢结构检测，要求测点平整光滑。
4.钢结构的缺陷
由于人为或自然原因，致使建筑物出现影响正常使用以及承载力、耐久性、整体稳定性等不足的问题。缺陷表现为具有影响正常使用以及承载力、耐久性、完整性的种种隐藏的和显露的不足。但缺陷往往是产生事故的直接或间接原因，而事故往往是缺陷的质变和经久不加处理的发展。
三.建筑钢结构健康检测与鉴定现状
纵观国内无损检测在建筑业上的应用现状，非特别重要的构件一般不用射线探伤，对于厚度在8mm及其以上的板材及曲率半径不大的管材对接焊缝多采用超声波探伤，8mm以下的板材和曲率半径较大的管材对接焊缝多采用磁粉探伤和渗透探伤而角焊缝基本采用磁粉探伤和渗透探伤。
虽然全息探伤是发展方向，但目前工程实践中几乎没有应用。然而，对于4mm～8mm范围内的钢板对接焊缝，用磁粉探伤和渗透探伤都只能探到表面和近表面的缺陷，特别是对只能单面探伤的焊缝内部缺陷较难探出，而普通超声仪探头能探测到的最小厚度是8mm。
对于这一厚度范围的钢板或管材探测焊缝内部缺陷必须结合工程实际情况研制专门的超声仪探头，才能进行探伤检测。焊接连接是钢结构中最基本的一种连接方式，按焊缝与母材的连接位置可分为对接焊缝和角焊缝，对接焊缝包括完全焊透的对接焊缝和部分焊透的对接焊缝，角焊缝分直角焊缝和斜角焊缝。
依据GB50017-2003钢结构设计规范，焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况按一定原则确定不同的质量等级。对于不同质量等级的焊缝，GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范要求进行表观检查和内部质量检测。
四.建筑钢结构健康检测及鉴定应用及发展策略
1.直接检测法技术应用
在钢结构的检测技术日益发展的今天，传统的直接观测检查仍然起到了很大的作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从经济性的角度去看，任何一种现代化的检测技术都需要大量的资金支持，因此，传统的直接检测法具有经济实用的特点。通过钢结构直接观测检查法，可以对钢结构表面的气泡、裂缝以及咬边、熔合等常规缺陷进行检测。当然，这种方法需要工作人员常年的工作经验积累，需要工作人员的严谨的工作态度和工作技术做支撑，才能对钢结构进行全面的检测。同时，结合现代先进的检测方法，使传统的检测方法发挥更大的作用。
2.磁粉检测技术应用
磁粉检测技术是现代钢结构无损检测的重要技术之一，其原理是当钢铁材料被磁化以后，钢结构上面将会出现磁力线的分布情况，通过分析磁力线的分布，可以判断出钢结构是否存在缺陷。当钢结构存在裂缝等缺陷时，磁力线将会因为钢结构破损而发生扭曲或变形，通过一些合适的光照就可以直观的观测到这些缺陷，实现钢结构损伤的检测。在没有破损、裂缝的钢结构上，磁力线应该表现为全部通过这类材料，并且排列整齐；如果钢结构存在缺陷，表面粗糙，则磁力线经过钢结构表面时会发生扭曲，而且缺陷越大，磁力线的扭曲程度就越大。这种检测方法一般用于铁磁性的材料，例如钢管、钢板以及铸钢零件等，而且具有成本较低、使用方便、检测结果直观显示、检测效率高等优点。但是，它也存在一定的缺陷，这种检测只能用于铁磁性材料，而且对检测员的视力要求较高。
3.超声波法技术应用
利用超声波法对钢结构进行综合检测，基本原理是在钢结构的一侧安装发射探头，通过发射探头将电能转换成为机械能，发出超声波可以穿透钢结构，到结构的另一侧。然后通过接收探头将接收到的超声波接收后再还原成电信号，随后将这个信号放大，就可以在示波器上显示出来。声波传送的时间则是通过数码显示器得到，并可以打印出具体的数值。因为超声波所穿透的钢结构厚度（距离）是已知的，就可以根据超声脉冲发出和到达的时间，算出声波在钢结构中的传播速度，从声速上就可以对钢结构的质量进行判断。一般来讲，钢结构的密度越大，则所测得的声速也就会越大。相反，如果钢结构的密度比较小，材质相对稀疏，则测得声速也会变的较小。通过超声波检测，可以有效的检测出钢结构的完整性，保证钢结构的质量安全。由此可知，超声波检测钢结构质量和完整性的理论基础是弹性波波速与媒质特性之间的关系。从声波传送的速度可以推测出所穿透的钢结构特性的变化。
4.力学检测技术应用
（1）高应变动力检测法
根据作用在钢结构的动荷载的能量是否可以使钢结构发生塑性位移，可以将动力检测法分为高应变动力和低应变动力两种方法，也就是高应反射波法和低应反射波法。高应反射波法是指利用几十甚至几百斤重的重锤来敲钢结构的一侧，同时在钢结构两侧距受力端一段距离处对称安装力和速度传感器，测定重锤冲击下的作用力和速度信号。这种方法作用在受力处的能量较大，应力和应变水平与钢结构使用环境下的应力应变水平相接近，分析钢结构受力时输出的信号，通过动荷载来检验钢结构的承载能力。
（2）低应变动力检测法
低应变动力检测法是采用低能量的瞬态或稳态激振，通过让钢结构在合理的弹性范围内进行较低幅度的振动，然后再根据波动理论和振动来判断钢结构的缺陷。目前我国低应变动测试法主要有应力波反射法和振动波法，其中反射波的应用最广泛。然而低应变动测法能否测定承载力在国内还存在一定争议。因为低应变反射波法把钢结构看作一维弹性均质杆件，当钢结构一端受到冲击时，应力波将会沿着钢结构向下传播，当遇到阻碍时发生反射，由顶端的传感器进行接收，然后经过动测仪的采集处理后，记录反射信号，根据实测时域的信号波形的浮动值和相位特征来判断钢结构是否存在缺陷。
5. 基于超声波无损检测应用
超声波探伤具有高灵敏度、操作简便、探测速度快、成本低且对人体无损伤的优点，故得到广泛应用。在检测前，首先要了解设计对焊接质量的技术要求。
目前钢结构的验收标准是依据GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》来执行的。标准规定：对于设计要求焊缝焊接质量等级为I级，评定等级为Ⅱ级时，规范规定要求做100%超声波检测；对于设计要求焊缝焊接质量等级为Ⅱ级，评定等级为Ⅲ级时，规范规定要求做20%超声波检测；对于设计要求焊缝焊接质量等级为Ⅲ级时不做超声波内部缺陷检查。
在此值得注意的是超声波检测用于全熔透焊缝，其检测比例按每条焊缝，长度的百分数计算，并且不小于200mm。对于局部检测的焊缝，如果发现有不允许的缺陷时：
（1）应该在该缺陷两端的延伸部位增加检测长度，增加长度不应小于该焊缝长度的10%且不应小于200mm，当仍有不允许的缺陷时，应对该焊缝进行100%的检测检查；
（2）应该清楚检测时机，碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度后，低合金结构钢在焊接完成24h以后方可进行焊缝检测检验；
（3）应该知道待测工件母材厚度、接头型式及坡口型式。截止到目前为止，本人在实际工作中接触到的要求检测的绝大多数焊缝都是中厚板对接焊缝的接头型式，所以下面主要就对焊缝检测的操作做针对性的总结。
一般的母材厚度在8mm～30mm之间，坡口型式有I型、单V型、X型等几种形式。在弄清楚以上这些数据后才可以进行检测前的准备工作。在每次检测操作前都必须利用标准试块（CSK—IA、CSK—ⅢA），校准仪器的综合性能及检测灵敏度、校准面板曲线，以保证检测结果的准确性。
五．结束语
建筑钢结构健康检测及鉴定是保障建筑钢结构材料质量的重要策略，通过做好钢结构健康检测及鉴定，及时发现质量隐患，采用合理补救措施，确保建筑质量安全、稳定。
参考文献：
[1]马汀，李元齐，罗永峰等.建筑钢结构健康检测与鉴定现状[C].//首届全国建筑结构技术交流会专辑.2006：427-430.
[2]马汀.既有建筑钢结构健康检测与监测框架体系的研究[D].同济大学，2007.
[3]李凯文.某单层钢结构厂房结构检测[C].//第三届全国钢结构工程技术交流会论文集.2010：658-659.
[4]李杰.某单层钢结构厂房的检测和加固优化设计研究[D].同济大学土木工程学院，2008.
[5]马晓.大型体育场馆钢结构工程健康状况在线实时监测与诊断系统的开发与工程应用[D].山东建筑大学，2009.
[6]李元齐，袁艳敏.既有建筑钢结构可靠性评估方法探讨[C].//第二届全国建筑结构技术交流会论文集.2009：472-475.
论文作者:李中华1,张津铭2
论文发表刊物:《基层建设》2015年28期供稿
论文发表时间:2016/4/6
标签：钢结构论文; 裂缝论文; 超声波论文; 缺陷论文; 建筑论文; 应变论文; 质量论文; 《基层建设》2015年28期供稿论文;