钢结构构件的结构检测与鉴定方法

1)安全性等级评定

钢构件的安全性等级应按承载能力(含构件连接的承载能力)、构造两个项目评定,并应取其中较低等级作为构件的安全性等级。

(1)承载能力

①钢结构构件承载能力分级。

钢构件的承载能力项目应按表7.14 的规定评定等级。 构件抗力应结合实际的材料性能、缺陷损伤、腐蚀、过大变形和偏差等因素对承载能力进行分析论证后确定。

表7.14　钢构件承载能力评定等级

吊车梁的疲劳强度与静力承载能力相比有很大不同,即使验算结果表明疲劳强度不足,但对于比较新的吊车梁来说,在一定的期限内可以是安全的；相反,对于已经出现疲劳损伤或者已使用很长年限的吊车梁,不论验算结果如何,都有可能存在安全隐患。 所以表7.14 不适用于吊车梁疲劳性能的评级,而应根据疲劳强度验算结果、已使用的年限和吊车梁系统的损伤程度进行评级,具体详见《工标》附录D。

②钢材材料性能对承载能力的影响。

若承重构件的钢材符合建造当年钢结构设计标准和相应产品标准的要求,说明当时的材料选用和产品质量是合格的,且经过多年使用没有出现问题,在构件使用条件没有发生变化时,应该认为材料是可靠的。 如果构件的使用条件发生根本的改变,比如承受静载的构件改成承受动载、保温厂房改成非保温厂房、所承受的荷载有较大的增加等,这相当于用旧构件建造一个新结构,在这种情况下材料还应符合现行规范标准的要求。 如果材料达不到上述要求,应进行专门论证,在确定承载能力和评级时应考虑其不利影响。 如果仅仅是材料强度不满足要求而其他性能指标均满足要求时,可按拉伸试验结果确定的设计强度计算承载能力并进行评级；当其他性能指标不满足要求时,说明采用的材料存在问题,无论承载能力计算结果如何,都不应评为a 级；如果材料性能特别恶劣,如非正常生产的劣质钢材,应直接评为d 级。钢材产品的质量包括力学性能、化学成分、冶炼方法、尺寸外形偏差等。

上述要求同样适用于连接材料和紧固件。

③腐蚀对承载能力的影响。

腐蚀对钢材屈服强度和极限强度的影响不明显,但对其延性影响较大。 在评定钢构件承载能力安全等级时,应按如下要求考虑腐蚀对钢材性能和截面损失的影响:

a.对于普通钢结构,当腐蚀损伤量不超过初始厚度的10%且剩余厚度大于5 mm 时,可不考虑腐蚀对钢材强度的影响；当腐蚀损伤量超过初始厚度的10%或剩余厚度不大于5 mm时,钢材强度应乘以0.8 的折减系数。 对于冷弯薄壁钢结构,当截面腐蚀大于5%时,钢材强度应乘以0.8 的折减系数。

b.强度和整体稳定性验算时,钢构件截面积和截面模量的取值应考虑腐蚀对截面的削弱。

对薄壁构件来说,腐蚀后材料劣化范围相对很大,很容易出现脆性破坏,实际工程中已出现多次由于薄壁构件锈蚀变脆造成的人身伤亡事故。 因此建议,由厚度小于4 mm 的钢板、壁厚小于4 mm 的型钢和壁厚小于3 mm 的钢管制作的构件,防腐层有较大面积破坏且出现锈蚀迹象时,应评为c 级；有较大面积锈蚀且有局部锈透或紧固件锈断时,应评为d 级。

④弯曲变形对承载能力的影响。

工业厂房钢屋架等桁架结构,经过长期使用后会发生各类杆件弯曲现象,其中尤以腹杆最普遍。 对钢桁架中有整体弯曲缺陷但无明显局部缺陷的双角钢受压腹杆,当其整体弯曲超过表7.15 的限值时,可根据其对承载能力影响的严重程度,评为c 级或d 级。

表7.15　双角钢受压腹杆双向弯曲缺陷的容许限值

(2)构造

钢结构构件的构造项目包括构件构造和节点、连接构造,应根据其对构件安全使用的影响按表7.16 的规定评定等级,然后取其中较低等级作为该构件构造项目的评定等级。(www.xing528.com)

表7.16　钢结构构件构造的评定等级

缺陷是设计和施工阶段在结构上产生的问题,凡是不满足相关设计规范和施工质量验收规范的问题都属于缺陷,包括构造错误、尺寸偏差、焊缝和螺栓的连接质量等。 其中,施工遗留的缺陷,对焊缝系指夹渣、气泡、咬边、烧穿、漏焊、少焊、未焊透以及焊脚尺寸不足等；对铆钉或螺栓系指漏铆、漏栓、错位、错排及掉头等。 损伤是使用阶段在结构上产生的问题,如碰撞或事故引起的结构构件变形和断裂、人为切割造成构件缺失或产生缺口、人为增加多余焊接造成材料劣化和应力集中、受冲击振动或反复荷载作用造成的焊缝开裂、疲劳裂缝、螺栓和铆钉松动脱落等。 明显的缺陷或损伤会影响构件的承载能力,如果能在承载能力验算中计及其不利影响,就可以按承载能力进行评级；如果不能在承载能力验算中考虑其不利影响,应根据缺陷或损伤的危害程度直接评为c 级或d 级。

2)使用性等级评定

钢构件的使用性等级应按变形、偏差、一般构造和腐蚀四个项目进行评定,并应取其中最低等级作为构件的使用性等级。

(1)变形

钢构件变形是指荷载作用下构件的弹性变形,一般为梁、板等受弯构件的挠度或局部变形。 当该变形满足国家现行相关标准规定和设计要求时应评为a 级,不满足时则应根据对正常使用的影响程度评为b 级或c 级。

构件变形影响正常使用性,主要是指可能导致设备不能正常运行、非结构构件受损以及让人感到不安全等。 因此,在评定构件变形项目的等级时应特别注意是否真的影响正常使用,如果不影响正常使用,即使超过规范中所列容许值,也可以评为b 级。

对于框架柱柱顶水平位移和层间相对位移、吊车梁或吊车桁架顶面处柱子的水平位移等,因属于框架结构的水平位移,而放到上部承重结构中给出评级规定。

(2)偏差

钢构件的偏差包括施工过程中产生的偏差和使用过程中出现的永久性变形,当该偏差满足国家现行相关标准规定时应评为a 级,不满足时则应根据对正常使用的影响程度评为b 级或c 级。 之所以将使用过程中出现的永久性变形归入偏差项目进行评定,是因为它与施工过程中的偏差性质相同。

钢构件的偏差具体所指项目可参见国家现行相关施工验收规范和产品标准,并按这些规范标准确定是否满足要求。 现行施工验收规范如《钢结构工程施工质量验收标准》GB 50205、《冷弯薄壁型钢结构技术规程》(GB 50018)等,产品标准如《热轧型钢》(GB/T 706)、《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》(GB/T 709)等。

与构件变形项目评定相似,偏差项目的评定也要特别注意是否真的影响正常使用,不影响正常使用的可评较高等级。 当偏差较大有可能导致承载能力降低时,则应按承载能力评级。

(3)一般构造

与钢构件正常使用性有关的一般构造要求,当满足现行相关标准规定时应评为a 级,不满足时应根据对正常使用的影响程度评为b 级或c 级。

在此,一般构造要求具体是指拉杆长细比、螺栓最大间距、最小板厚、型钢最小截面等。限制拉杆长细比是要防止出现过大的振动；螺栓间距过大容易造成板与板之间的锈蚀；板厚太小、型钢截面太小对锈蚀、碰撞、磨损敏感,存在耐久性问题。 在现行国家标准《钢结构设计标准》(GB 50017)中,对基本构件的构造有具体的要求。

(4)腐蚀和防腐

钢构件的腐蚀和防腐措施影响结构的耐久性,腐蚀和防腐项目应按表7.17 的规定评定等级。

表7.17　钢构件腐朽和防腐评定等级