钢结构检测讲义.ppt
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1、,一、钢结构应用的前景 二、钢结构各检测规范的适用范围三、钢结构检测的主要内容四、构件尺寸及平整度的检测五、构件表面(焊缝)缺陷的检测-重点介绍磁粉探伤*六、连接的检测-重点介绍内部缺陷的超声波探伤*七、钢材锈蚀的检测 八、防火涂层厚度的检测 九、其它相关问题,钢结构检测,一、钢结构应用的前景,我国1996年钢产量1亿吨,2003年钢产量达到2亿吨。钢材的使用经历了从“节约-合理使用-大力推广”的过程。建筑用的钢材约占总钢材的1/3,其中90%以上是线材,钢结构用量占建筑用钢的5%左右。钢结构主要应用于以下 几个方面:轻钢结构(单层工业厂房)-门式刚架体系用钢量指标30-70kgm2 网格结构
2、(体育馆、体育场、航站楼)-网架结构、网壳结构用钢量指标20-40kgm2 超高层结构-纯钢结构、钢管混凝土结构、钢框架-混凝土剪力墙(核心筒),鸟巢平面尺寸:340m290m,结构厚11m,可容纳10万观众由24榀平面桁架组成的空间梁系结构。修改:中间开口由70m140m 120m170m 去消屋面的活动屋盖(用钢量由400kgm2 350kgm2),水立方游泳馆平面尺寸:170m170m,高度30m多面体空间结构。(外立面为充气结构-0.03个大气压)屋盖有11种网格,屋盖厚7.2m;墙面有19种网格。节点采用焊接球节点,安徽某体育馆-屋盖采用空间网架结构 整个体育馆的主体结构由32榀框架
3、组成,主框架外围直径为95.6m,一层、四层径向框架梁和五层C轴环向梁(直径为80m)施加预应力,二层、三层径向框架梁未施加预应力。,浙江黄龙体育中心体育场为这国目前跨度较大的斜拉网壳,两塔柱间的距离达250米,每块月牙形网壳上弦面上巧妙地设置了九道稳定索。(用钢量80/),轻钢结构(单层工业厂房),台北101:世界第一高楼 总高508m(建筑高420.5m)建筑面积28.9m2。总用钢量14000t。内钢筋混凝土核心筒,外钢框架。吉隆坡双子塔(88层)总高452m。上海金茂大厦(88层)总高420m,内钢筋混凝土核心筒,外钢骨混凝土柱。,台北101大厦,三、钢结构检测的主要内容,钢结构中所用
4、的构件一般是由钢厂批量生产,并需有合格证明,因此材料的强度及化学成分是有良好保证的。工程检测的重点在于安装、拼接过程中产生的质量问题。钢结构工程中主要的检测内容有:(1)构件尺寸及平整度的检测;(2)构件表面缺陷的检测;(3)连接(焊接、螺栓连接)的检测;(4)钢材锈蚀检测;(5)防火涂层厚度检测。如果钢材无出厂合格证明,或对其质量有怀疑,则应增加钢材的力学性能试验,必要时再检测其化学成分。,图1 局部压的作用位置,四、构件尺寸及平整度的检测,每个尺寸在构件的3个部位量测,取3处的平均值作为该尺寸的代表值。钢构件的尺寸偏差应以设计图纸规定的尺寸为基准计算尺寸偏差;偏差的允许值应符合其产品标准的
5、要求。梁和桁架构件的变形有平面内的垂直变形和平面外的侧向变形,因此要检测两个方向的平直度。柱的变形主要有柱身倾斜与挠曲。检查时可先目测,发现有异常情况或疑点时,对梁、桁架可在构件支点间拉紧一根铁丝或细线,然后测量各点的垂度与偏差;对柱的倾斜可用经纬仪或铅垂测量。柱挠曲可在构件支点间拉紧一根铁丝或细线测量。,以上说明混凝土的局部承压强度与其本身的立方体抗压强度间有很好的相关性。为进一步了解混凝土在图1所示的局部承压力作用下的应力分布情况,用SAP90结构计算通用程序进行计算分析,当作用于立方体试块(150m150mm150mm)的局部压应力为42MPa时,其立方体试块的应力分布见图2所示。,构件
6、失稳引起屋架倒塌,五、构件(焊缝)表面缺陷的检测-磁粉探伤 金属探伤五种无损检测方法、无损检测人员的资质,金属探伤五种无损检测方法,无损检测人员的资质 无损检测人员的级别分为:级(初级)-培训4周,通过理论考试、实际操作考试,取得证书后能进行检测,但不能编写检测报告(不负责检测结果的评定)。级(中级)-培训4周,通过理论考试、实际操作考试,取得证书后既能进行检测,又能编写检测报告。级(高级)-培训2周,通过理论(含专门技术、通用技术)考试、编制工艺考试,能检测、编写检测报告还能解释标准、规范。证书有效期:4年(5年),国家质监总局级证书,机械部级证书、级证书,三、剪压法所用剪压仪的研制 研制能
7、对混凝土施加局部承压力的一种便携式的专用机具是该项技术的关键所在,根据工程检测的要求,设备应具有体积小,重量轻,不需电源等特点。机具设计中作了以下各项研究:1、挤压头和额定挤压力选用 剪压仪的挤压头直径选用20mm,是因为挤压头过大会使剪切破坏面露出钢筋,而影响混凝土的局部承压强度,挤压头过小会使剪切破坏面变小,混凝土的局部承压强度不能很好反映构件本身的混凝土强度,而影响测试精度。挤压头在工作过程中会产生一定程度的旋转,选用圆柱形挤压头不会,磁粉探伤 外加磁场对工件(只能是铁磁性材料)进行磁化,被磁化后的工件上若不存在缺陷,则它各部位的磁特性基本一致,而存在裂纹、气孔或非金属物夹渣等缺陷时,由
8、于它们会在工件上造成气隙或不导磁的间隙,使缺陷部位的磁阻大大增加,工件内磁力线的正常传播遭到阻隔,根据磁连续性原理,这时磁化场的磁力线就被迫改变路径而逸出工件,并在工件表面形成漏磁场,如下图。,漏磁场的形成,漏磁场的强度主要取决磁化场的强度和缺陷对于磁化场垂直截面的影响程度。利用磁粉就可以将漏磁场给予显示或测量出来,从而分析判断出缺陷的存在与否及其位置和大小。将铁磁性材料的粉未撒在工件上,在有漏磁场的位置磁粉就被吸附,从而形成显示缺陷形状的磁痕,能比较直观地检出缺陷。这种方法是应用最早、最广的一种无损检测方法。,磁粉一般用工业纯铁或氧化铁制作,通常用四氧化三铁(Fe3O4)制成细微颗粒的粉末作
9、为磁粉。磁粉可分为荧光磁粉和非荧光磁粉两大类,荧光磁粉是在普通磁粉的颗粒外表面涂上了一层荧光物质,使它在紫外线的照射下能发出荧光,主要的作用是提高了对比度,便于观察。磁粉检测又分干法和湿法两种:干法 将磁粉直接撒在被测工件表面。为便于磁粉颗粒向漏磁场滚动,通常干法检测所用的磁粉颗粒较大,所以检测灵敏度较低。但是在被测工件不允许采用湿法与水或油接触时,如温度较高的试件,则只能采用干湿法。,湿法 将磁粉悬浮于载液(水或煤油等)之中形成磁悬液喷撒于被测工件表面,这时磁粉借助液体流动性较好的特点,能够比较容易地向微弱的漏磁场移动,同时由于湿法流动性好就可以采用比干法更加细的磁粉,使磁粉更易于被微小的漏
10、磁场所吸附,因此湿法比干法的检测灵敏度高。,总结磁粉探伤的一般程序(预处理磁化 施加磁粉 观察记录)1.预处理 将构件表面的油脂、涂料以及铁锈等去掉,以免影响磁粉附着在缺陷上。2.磁 化 选用适当的磁化方法和磁化电流,接通电源,对构件进行磁化。如下图,磁化方法(一),磁化方法(二),磁化方法(三),总结磁粉探伤的一般程序(预处理磁化 施加磁粉 观察记录)3.施加磁粉 按所选的干法或湿法施加干粉或磁悬液。4.观察记录 用非荧光磁粉擦伤时,在光线明亮的地方,用自然光或灯光进行观察;用荧光磁粉擦伤时,则在暗室等暗处用紫外灯进行观察。,六、连接的检测 钢结构的许多质量事故出在连接上,故应将连接作为重点
11、对象进行检查。譬如,重庆綦江彩虹桥,于1996年建成投入使用,1999年1月4日垮塌,其主要原因是该桥的主要受力拱架钢管焊接质量不合格,存在严重缺陷,个别焊缝有陈旧性裂痕。连接板的检查包括:1)检测连接板尺寸(尤其是厚度)是否符合要求;2)用直尺作为靠尺检查其平整度;3)测量因螺栓孔等造成的实际尺寸的减小;4)检测有无裂缝、局部缺损等损伤。,对于螺栓连接,可用目测、锤敲相结合的方法检查。并用扭力扳手(当扳手达到一定的力矩时,带有声、光指示的扳手)对螺栓的紧固性进行复查,尤其对高强螺栓的连结更应仔细检查。此外,对螺栓的直径、个数、排列方式也要一一检查。焊接连接目前应用最广,出事故也较多,应检查其
12、缺陷。焊缝的缺陷种类不少,如图所示,有裂纹、气孔、夹渣、未熔透、虚焊、咬边、弧坑等。,焊缝的缺陷种类,焊缝外观质量检查 检查焊缝缺陷时,可用超声探伤仪或射线探测仪检测。在对焊缝的内部缺陷进行探伤前应先进行外观质量检查。焊缝表面质量的检验可目测或用10倍放大镜,当存在疑义时,采用磁粉或渗透擦伤。如果焊缝外观质量不满足规定要求,需进行修补。焊缝的外形尺寸一般用焊缝检验尺测量。焊缝检验尺由主尺、多用尺和高度标尺构成,可用于测量焊接母材的坡口角度、间隙、错位、焊缝高度、焊缝宽度和角焊缝高度。,焊缝外观质量检查(一),焊缝外观质量检查(二),焊缝质量等级 钢结构设计规范规定焊缝质量等级分为一、二、三级,
13、一级焊缝为动荷载或静荷载受拉,要求与母材等强度的焊缝,二级焊缝为动荷载或静荷载受压,要求与母材等强度的焊缝,三级焊缝是一、二级焊缝之外的贴角焊缝。一级焊缝不允许有外观质量缺陷,二、三级焊缝外观质量应符合钢结构工程施工质量验收规范GB50205中附录A的要求。,焊缝内部缺陷的超声波探伤 碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度,低合金结构钢应在完成焊接24h以后,进行焊接探伤检验。钢结构焊缝探伤的方法有超声波法和射线法。钢结构工程施工质量验收规范(GB50205)规定,设计要求全焊透的一、二级焊缝应采取超声波探伤进行内部缺陷的检验,超声波探伤不能对缺陷作出判断时,应采取射线探伤。其内部缺陷分级及探伤方法
14、应符合现行国家标准钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法(GB11345)或钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级(GB3323)的规定。,一、二级焊缝的探伤比例,检验等级B级-原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行 探伤比例的计数方法按以下原则确定:1.对工厂制作焊缝,应按每条焊缝计算百分比,且探伤长度不应小于200mm,当焊缝长度不足200mm时,应对整条焊缝进行探伤;2.对现场安装焊缝,应按同一类型、同一施焊条件的焊缝条数计算百分比,探伤长度不应小于200mm,并不应少于1条焊缝。,超声波的基本概念 次声波:频率f 小于20Hz 人耳不可闻 声波:频率f 20Hz 20kHz 人耳可闻
15、 超声波:频率f 大于20kHz 人耳不可闻 金属超声波探伤频率 0.5 MHz 10 MHz 非金属超声波探伤频率 25 kHz 50 kHz 超声波波速v频率f 波长 超声波探伤能测到的最小缺陷尺寸约为其波长的二分之一。激发超声波的方式不同或介质所承受的作用不同,就会产生不同的波型。所谓波型是指波的类型,它是按质点位移方向与波传播方向的关系划分的。常用于金属材料探伤的波型主要有:纵波、横波、表面波和板波等。实际应用时要依据检测对象、检测目的的不同,结合各种波型的特点进行合理地选择。,.,纵波在交替变化的拉伸或压缩应力作用下,介质中各受力质点之间的距离同时产生交替疏密变化,其质点振动方向与波
16、动的传播方向平行。横波在交变的剪切应力作用下,固体介质就会产生交变的剪切变形,其质点呈现具有波峰与波谷状的横向振动。质点振动的方向与波动的传播方向垂直。,声压分贝值 超声探伤中最常用的是声压分贝(dB)值,其在声学测量的定义是:待测声压值P1对参考声压值P2之比取十进制对数后乘以20。即:dB(声压)20log P1 P2 声压分贝值的含义是:某一信号的声压对某一参考信号的声压的比值取对数。当探伤仪荧光屏的垂直线性良好时,分贝值也就是这两个信号的回波高度H1和H2比值的对数值。dB(声压)20log P1P2 20log H1H2,探头最主要参数-入射点与斜率的测定 探头型号标称举例说明如下:
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