钢结构检测讲义

建设工程钢结构检测技术主讲人：侯杰2014年9月3日一、钢结构的应用二、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、紧固件连接性能检测五、构件表面(焊缝)缺陷的检测--重点介绍磁粉探伤*六、焊缝检测--重点介绍内部缺陷的超声波探伤*七、钢材锈蚀的检测八、防火涂层的检测九、防腐涂层的检测主要内容一、钢结构的应用我国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30-70kg／m2网格结构(体育馆、体育场、航站楼)---网架结构、网壳结构用钢量指标20-40kg／m2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：340m×290m，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70m×140m120m×170m去消屋面的活动屋盖(用钢量由400kg／m2350kg／m2）水立方游泳馆平面尺寸：170m×170m，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。图体育馆二层结构平面图图体育馆框架立面图（南北向）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fcuc=1.38N-1.60（初步）剪压法圆环式：fcuc=1.59F-5.8拔出法fcuc=α(4F)/(πd2)钻芯法碎石：fcuc=0.008V1.72×R1.57超声-回弹综合法fcuc≈0.02497R2.0108×10－0.0358L回弹法检测参数与强度间的关系检测方法二、各钢结构检测规范间的关系规定扭剪型高强度螺栓的技术参数钢结构用扭剪型高强度螺栓规定高强度大六角头螺栓的技术参数钢结构用高强度大六角头螺栓规定了钢结构用防火涂料的技术参数性能钢结构防火涂料应用技术规程规定普通螺栓的技术参数螺栓、螺钉和螺柱母材厚度不小于8mm的全熔透焊缝，有具体的操作程序。探伤当量φ3×40钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级施工质量验收(新建工程)，强调验收钢结构工程施工质量验收规范适用范围及相互关系规范名称二、钢结构各检测规范的适用范围三、钢结构检测的主要内容钢结构中所用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)紧固件连接的检测；(2)构件表面缺陷的检测；(3)构件内部缺陷的检测(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。四、钢结构紧固件连接的性能1.钢结构的连接通常有：焊接、螺栓连接、铆接。（紧固件连接）2.钢结构紧固件包括：高强度大六角头螺栓连接副、扭剪型高强度螺栓连接副、普通螺栓、螺钉、螺母、自攻钉、铆钉、拉铆钉、射钉、机械型或化学试剂型锚栓、地脚锚栓等。3.钢结构连接特点：焊接：是当前钢结构最主要的连接方式，焊接连接一般不需要拼接材料，不需开孔，可直接连接，构造简单，加工方便。铆接：需先在构件上开孔，用加热的铆钉进行铆合。传递可靠，韧性和塑性较好，适用于受动力荷载作用、荷载较和跨度较大的结构。但是铆钉连接费时费料，现在很少采用。螺栓连接：需先在构件上开孔，然后通过螺栓产生的紧固力将被连接的构件连成一体。钢结构螺栓紧固件连接一、普通螺栓连接1、定义：选用普通螺栓作为连接的紧固件，或选用高强度螺栓但不施加紧固轴力时，这种连接方式即为普通螺栓连接。2、连接机理：荷载通过螺栓杆受剪和连接板孔壁承压来传递的，连接螺栓和连接板孔壁之间有间隙，接头受力后会产生较大的滑移变形，一般当受力较大的结构或承受动荷载的结构采用此连接时，螺栓应采用精制螺栓以减少接头的变形量。3、普通螺栓连接主控测试项目普通螺栓作为永久性连接螺栓时，当设计有要求或对其质量有疑义时，应进行螺栓实物最小拉力荷载试验，测定螺栓实物的抗拉强度是否满足现行国家标准GB/T3098.1-2000。螺栓实物最小拉力荷载试验1.试验设备材料万能试验机（≥1000kN）、不同螺栓规格的专用夹具各一套。2.试验方法试验方法为：GB/T3098.1-2000紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱3.适用范围螺纹规格d：M3～M39（粗牙螺纹）。4.试验要求承受拉力荷载又未旋合的螺纹长度应大于等于1倍螺纹直径。5.试验结果判定a)试验拉力达到国标中规定的拉力荷载时，不得断裂；b)荷载大于规定荷载值时，继续拉断，断裂应发生在杆部或未旋合的螺纹长度内，而不应发生在头与杆的交接处。螺栓最小实物拉力试验螺栓最小实物拉力试验高强度大六角头螺栓扭剪型高强度螺栓钢结构螺栓紧固件连接二、高强度大六角头螺栓连接1、高强度螺栓连接分类a)按受力状况：摩擦型、承压型、摩擦－承压型和张拉型。b)按外形：高强度大六角头和扭剪型。2、摩擦型高强度螺栓连接的基本原理靠高强度螺栓紧固产生的强大夹紧力来夹紧板束，依靠板束间接触面产生的摩擦力传递与螺杆轴垂直方向的应力。摩擦连接的极限承载能力与板束之间的摩擦系数成正比，因此板束之间摩擦系数对连接承载能力有直接影响。3、摩擦面常用的几种处理方法（1）喷砂（丸）法（2）酸洗法（3）砂轮打磨法钢结构螺栓紧固件连接4、检测项目（1）摩擦面抗滑移系数测试（2）连接副扭矩系数复验5、影响滑移系数的因素（1）摩擦面的处理方法；（2）摩擦面的生锈时间；（3）摩擦面状态；（4）连接板母材钢种；（5）连接板的厚度；（6）环境温度；（7）摩擦面是否重复使用。摩擦面抗滑移系数测试连接试件摩擦面抗滑移系数测试1.试验设备材料万能试验机（≥1000kN）、压力传感器或贴有电阻应变片的高强度螺栓、电阻应变仪。2.试验方法试验方法为：GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范3.适用范围螺纹规格d：大六角头M12～M30；扭剪型M16～M24。4.试验要求（1）工程量每2000t为一批，不足2000t可视为一批，每批三组试件（12套螺栓）(2）试验用的试件与所代表的钢结构构件应为同一材质、同批制作、采用同一摩擦面处理工艺；（3）拼接试件连接螺栓孔d0应大于螺栓直径d；（4）对装好压力传感器或贴好应变片的高强度螺栓，将螺母逐步拧紧，实测控制螺栓的预拉力应在0.95P～1.05P之间（P为高强度螺栓设计预拉力值）；（5）对于扭剪型高强度螺栓不进行预拉力实测时，可按同批复验预拉力的平均值取用。摩擦面抗滑移系数测试5.试验过程试验步骤：（1）将组装好的试件装夹在试验机上，试件的轴线必须与试验机夹具中心对中；（2）先加载抗滑移设计荷载值的10％，停1分钟后，再平稳加载，直到拉滑动破坏为止，此时记录下滑移荷载值NV；滑动破坏情况可视为下列情况之一：（1）试件侧面画线发生错动；（2）荷载－位移曲线上发生突变或波动折线；（3）试件突然发生“嘣”的响声。摩擦面抗滑移系数测试6.抗滑移系数计算抗滑移系数，应根据试验所测得的滑移荷载NV和螺栓预拉力P的实测值，按下式计算：式中NV——由试验测得的滑移荷载（kN)；nf——摩擦面面数，取2；——试件滑移一侧高强度螺栓预拉力实测值之和（kN)；m——试件一侧螺栓数量，取2。1VmfiiNnP＝1miiP高强度大六角头螺栓连接副扭矩系数测试1.试验设备螺栓试验台（包括轴力传感器和扭矩传感器或扭矩扳手）。2.试验方法试验方法为：GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范附录B3.适用范围螺纹规格d：M12～M30。4.试验要求（1）每批随机抽取8套，每套螺栓含一个螺栓、一个螺母、两个垫圈；(2）每套连接副只应做一次试验，不得重复使用；（3）在螺母紧固过程中垫圈不允许发生转动，若发生，则应更换连接副重新进行试验；螺栓连接副扭矩系数试验台螺栓连接副扭矩系数测试螺栓连接副扭矩系数测试高强度大六角头螺栓连接副扭矩系数测试5.扭矩系数计算测出螺栓预拉力P的同时，测定施加于螺母上的旋拧扭矩值T，计算公式：式中T——旋拧扭矩，N.m；d——高强度螺栓的公称直径，mm；P——螺栓预拉力，kN。标准偏差计算公式：TKPd21()1niiKKn高强度大六角头螺栓连接副扭矩系数测试6.结果判定根据GB50205附录B规定：每组8套连接副扭矩系数的平均值应为0.110～0.150，标准偏差小于或等于0.010，达到以上要求判定为复验合格。扭剪型高强度螺栓1.主控项目扭剪型高强度螺栓连接工程的主控项目为：螺栓紧固轴力复验、摩擦面滑移系数测试和终拧施工扭矩的复验。摩擦面滑移系数测试同高强度大六角头螺栓。2.施工扭矩复验由于扭剪型高强度螺栓的特点，它的施工比高强度大六角头螺栓的紧固施工要简单，看梅花头是否被拧掉来判断是否拧紧。因此，扭剪型高强度螺栓施工扭矩复验也是通过观察尾部梅花头拧掉情况来确定施工扭矩是否达到要求。尾部梅花头被拧掉则认为终拧扭矩达到合格质量标准；对于梅花头未被拧掉者，则按扭矩法或转角法来进行终拧扭矩的检验。具体两种检验方法参见GB50205附录B。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技术基本原理能检测出的缺陷磁粉检测(MT)*MagneticTesting磁场作用表面及近表面缺陷渗透检测(PT)PenetrantTesting毛细管作用表面开口缺陷涡流检测(ET)EddyTesting电磁感应作用表面及近表面缺陷，压力容器超声波检测(UT)*UltrasonicTesting超声波反射原理内部缺陷，对面积型缺陷(如裂纹、未熔合)较敏感射线照测(RT)RadiographyTesting射线衰减原理内部缺陷，对体积型缺陷(如气孔、夹渣)较敏感无损检测人员的资质无损检测人员的级别分为：•Ⅰ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)。•Ⅱ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。•Ⅲ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Ⅱ级证书机械部Ⅱ级证书、Ⅲ级证书三、剪压法所用剪压仪的研制研制能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，由于它们会在工件