钢结构检测 聂肃非、廖绍怀 sufeinie Tel: 027 87542431 2013年4月 版权所有：土木工程与力学学院 钢 结 构 的 检 测 钢结构性能的静力荷载检测 钢结构动力测试方法和要求 2 2 3 3 1 1 控制结构湖北省重点实验室 4 4 5 5 钢材强度检测 防腐涂层检测 防火涂层检测 钢结构与网架结构性能检测 6 6 前言：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(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。 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 二二、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： u(1)构件尺寸及平整度的检测； u(2)构件表面缺陷的检测； u(3)连接(焊接、螺栓连接)的检测； u(4)钢材锈蚀检测； u(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 三三、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。 构件失稳引起屋架倒塌 Chapter8 钢结构性能的静力荷载检测 对于大型复杂钢结构体系可进行原位非破坏性实 荷检验，直接检验结构性能。 对结构或构件的承载力有疑义时，可进行原型或 足尺模型荷载试验。 试验应委托具有足够设备能力的专门机构进行。 试验前应制定详细的试验方案，包括试验目的、 试件的选取或制作、加载装置、测点布置和测试 仪器、加载步骤以及试验结果的评定方法等。 钢结构杆件的应力，可根据实际条件 选用电阻应变仪或其他有效的方法进行检测。 Chapter8 钢结构性能的静力荷载检测 8.1钢结构性能的静力荷载检验 本节方法适用于普通钢结构性能的静力荷载检验， 不适用用冷弯型钢和压型钢板以及 钢一混组合结构性能和普通钢结构疲劳性能的检验 钢结构性能的静力荷载检验可分为使用性能检验、 承载力检验和破坏性检验； 检验的荷载，应分级加载，每级荷载不宜超过 最大荷载的20，在每级荷载后应保持足够的 静止时间，并检查构件是否存在断裂、屈服、 屈曲的迹象。 Chapter8 钢结构性能的静力荷载检测 8.1钢结构性能的静力荷载检验 使用性能检验 不满足时，可重新检验，第二次检验中的荷载一变形应 基本上呈现线性关系，新的残余变形不得超过第二次检验 中所记录到最大变形的10。 ； 使用性能检验以证实结构或构件在规定荷载的作用下 不出现过大的变形和损伤，经过检验且满足要求的结 构或构件应能正常使用。 荷载:实际自重10+其他恒载115+可变荷载125。 经检验的结构或构件应满足下列要求： 荷载变形曲线宜基本为线性关系；卸载后残余变形不应 超过所记录到最大变形值的20。 Chapter8 钢结构性能的静力荷载检测 8.1钢结构性能的静力荷载检验 承载力检验 检验荷载作用下，结构或构件的任何部分不应出现屈曲 破坏或断裂破坏； 卸载后结构或构件的变形应至少减少20。 ； 承载力检验用于证实结构或构件的设计承载力。在进行 承载力检验前，宜先进行上面所述使用性能检验且检验 结果满足相应的要求。 应采用永久和可变荷载适当组合的承载力极限状态设计荷载 Chapter8 钢结构性能的静力荷载检测 8.1钢结构性能的静力荷载检验 破坏性检验 破坏性检验的加载，应先分级加到设计承载力的检验荷 载，根据荷载变形曲线确定随后的加载增量，然后加载 到不能继续加载为止，此时的承载力即为结构的实际承 载力 破坏性检验用于确定结构或模型的实际承载力。进行破 坏性检验前，宜先进行设计承载力的检验，并根据检验 情况估算被检验结构的实际承载力。 Chapter8 钢结构性能的静力荷载检测 8.2 简支桁架非破损检验 测其各杆的强度及其变形与整体挠度值 Chapter8 钢结构性能的静力荷载检测 8.2 简支刚桁架非破损检验 测其各杆的强度及其变形与整体挠度值 Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 对于大型、重要和新型钢结构体系，宜进行 实际结构动力测试。动力法检测钢结构的目 的在于获取测试结构动力输入处和响应处的 应变、位移、速度或加速度等时程信号，获 取结构的自振频率、模态振型、阻尼等结构 动力性能参数。能够为结构的理论分析、结 构损伤识别和采取减振措施提供依据 9.1一般要求 需要检测条件 需要进行抗震、抗风、工作环境或其它激励下的 动力响应计算的结构。 需要通过动力参数进行结构损伤识别和故障诊断 的结构。 通过结构模型动力试验，对拟建结构的动态特性 的预估和优化设计。 在某种动外力作用下，某些部分动力响应过大的 结构。 其他需要获取结构动力性能参数的结构。 Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 9.2 动力测试方法选取 测试结构的基本振型时，宜选用环境随机振动激 励法，在满足测试要求的前提下也可选用初位移 等其他方法； Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 测试结构平面内多个振型时，宜选用稳态正弦波 激振法； 测试结构空间振型或扭转振型时，宜选用多振源 相位控制同步的稳态正弦波激振法或初速度法； 评估结构的抗震性能时，可选用随机激振法或人 工爆破模拟地震法； 9.3 动力测试设备仪器要求 每种类型的传感器都有一定的使用特性，同一种 类型的传感器有不同的测量范围，在选择传感器 时应考虑被测参数的频率、幅值的要求，综合确 定适合的位移计、速度计、加速度计和应变计， 使被测频率落在传感器的频率响应范围内 Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 应根据被测试结构振动的强烈程度,测量前应预估 测量参数的最大幅值，选择合适的传感器和动态 信号测试仪的量程范围，在满足被测结构动态响 应的同时，尽可能的提高输出信号的信噪比 9.3 动力测试设备仪器要求 每种类型的传感器都有一定的使用特性，同一种 类型的传感器有不同的测量范围，在选择传感器 时应考虑被测参数的频率、幅值的要求，综合确 定适合的位移计、速度计、加速度计和应变计， 使被测频率落在传感器的频率响应范围内 Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 应根据被测试结构振动的强烈程度,测量前应预估 测量参数的最大幅值，选择合适的传感器和动态 信号测试仪的量程范围，在满足被测结构动态响 应的同时，尽可能的提高输出信号的信噪比 9.4 结构动力检测技术 Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 9.4 结构动力检测技术 Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 9.5 几种结构动力测试的具体要求 Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 脉动测试:测试记录时间，在测量振型和频率时不 应少于5min，在测试阻尼时不应小于30min；当 因测试仪器数量不足而做多次测试时，每次测试 中应至少保留一个共同的参考点。 机械激振振动测试:应正确选择激振器的位置，合 理选择激振力，防止引起被测试结构的振型畸变 ；当激振器安装在楼板上时，应避免楼板的竖向 自振频率和刚度的影响，激振力应具有传递途径 ；激振测试中宜采用扫频寻找共振频率，在共振 频率附近进行测试时，应保证半功率带宽内有不 少于5个频率的测点。 9.5 几种结构动力测试的具体要求 Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 施加初位移的自由振动测试: 应根据测试的目的布置拉线点；拉线与被测试结 构的连结部分应具有能够整体传力到被测试结构 受力构件上；每次测试时应记录拉力数值和拉力 与结构轴线问的夹角；量取波值时，不得取用突 断衰减的最初2个波；测试时不应使被测试结构 出现裂缝。 9.6 结构动力测试的数据分析与评定 Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 9.6 结构动力测试的数据分析与评定 Chapter9 钢结构动力测试方法和要求 10.1 一般要求 Chapter10 钢材强度的检测 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 GB/T 2975-1998;当对钢结构取样有困难时， 可采用表面硬度法与光谱分析法推定钢材强度。 钢材表面硬度的现场检测宜采用里氏硬度计进行 ，其试验方法应按金属里氏硬度试验方法 GB/T17394的规定执行，钢材牌号分析可以现场 钻取或刨取钢屑进行实验室分析，取样方法应按 钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允 许偏差GB222-2006的规定执行， 适合于用表面硬度法与光谱分析法检测钢结构中 钢材抗拉强度的大致范围。 10.2 检测设备 Chapter10 钢材强度的检测 用表面硬度法与光谱分析法检测钢结构中钢材 抗拉强度时，所用表面粗糙度测量仪、里氏 硬度计、直读光谱仪应符合相应产品标准的 要求。里氏硬度计的技术指标应符合 里氏硬度计技术条件ZBN71010及 里氏硬度计JJG747的要求。 测试钢材表面硬度时，应采用里氏硬度计的 D测头进行硬度检测 10.3 检测步骤 Chapter10 钢材强度的检测 检测应按照打磨处理、表面粗糙度测定、 四元素（C、Si 、Mn、 P）的含量测定、 硬度测定、测试面修复等步骤进行 10.4 钢材的抗拉强度推算 11、钢材锈蚀的检测 钢结构在潮湿、存水和酸碱盐腐蚀性环境中容易生锈 ，锈蚀导致钢材截面削弱，承载力下降。钢材的锈蚀程度 可由其截面厚度的