焊接球節(jié)點(diǎn)鋼管桁架銹蝕現(xiàn)狀檢測(cè)及動(dòng)力測(cè)試

劉武成

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

1 工程概況

某選煤廠1號(hào)皮帶走廊均為焊接球節(jié)點(diǎn)鋼管桁架結(jié)構(gòu)，跨度為35 m，坡度為15°，距地面平均高度為20 m。該皮帶走廊焊接球節(jié)點(diǎn)鋼管桁架結(jié)構(gòu)建于20世紀(jì)90年代初，由于生產(chǎn)過(guò)程中常年受日常生產(chǎn)清洗用水的侵蝕，使得目前桁架結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷狀況非常嚴(yán)重。

2 鋼構(gòu)件腐蝕現(xiàn)狀檢測(cè)

2.1 檢測(cè)內(nèi)容及檢測(cè)方法

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，檢測(cè)重點(diǎn)為焊接球節(jié)點(diǎn)鋼管桁架結(jié)構(gòu)中桿件、球節(jié)點(diǎn)及連接焊縫的銹蝕狀況。

對(duì)于焊接球節(jié)點(diǎn)鋼管桁架結(jié)構(gòu)的桿件和球節(jié)點(diǎn)，其銹蝕程度可由其截面厚度的變化來(lái)反映。根據(jù)GB/T 50344-2004建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中第3.3.11條和第3.3.12條:對(duì)于因環(huán)境侵蝕造成的構(gòu)件損傷，檢測(cè)抽樣時(shí)應(yīng)選取有代表性的構(gòu)件，檢測(cè)對(duì)象可以是單個(gè)構(gòu)件或部分構(gòu)件。檢測(cè)時(shí)，應(yīng)選定構(gòu)件銹蝕較嚴(yán)重的部位，除銹后采用游標(biāo)卡尺、超聲波測(cè)厚儀或者百分表對(duì)銹蝕桿件分別進(jìn)行直徑檢查和桿件壁厚檢查，或者直接用百分表量測(cè)構(gòu)件銹蝕深度。對(duì)于焊縫，除銹后采用焊縫檢測(cè)尺量測(cè)焊腳高度的變化狀況。

2.2 檢測(cè)結(jié)果

2.2.1 腹桿銹蝕狀況檢測(cè)結(jié)果

皮帶走廊焊接球節(jié)點(diǎn)鋼管桁架結(jié)構(gòu)腹桿銹蝕狀況相對(duì)嚴(yán)重。腹桿銹蝕程度沿走廊兩端至中部逐漸加重，桿件上銹蝕層駁落，銹斑密布。兩端腹桿銹蝕深度達(dá)1.0 mm～2.0 mm，中部腹桿銹蝕深度達(dá)2.5 mm～3.5 mm，走廊左、右兩側(cè)腹桿的銹蝕狀況大致相當(dāng)。豎腹桿由于原設(shè)計(jì)管壁較薄，部分桿件已銹透，極個(gè)別構(gòu)件目前已斷裂。

2.2.2 上弦桿及上部水平支撐銹蝕狀況檢測(cè)結(jié)果

對(duì)上弦桿及上部水平支撐進(jìn)行了全面普查后，發(fā)現(xiàn)這些構(gòu)件的銹蝕程度沒(méi)有腹桿嚴(yán)重，每座桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抽查(抽查量約為構(gòu)件總數(shù)的30%)結(jié)果表明，銹蝕深度平均為1.0 mm。

2.2.3 下弦桿、下部水平支撐及下弦斜撐銹蝕狀況檢測(cè)結(jié)果

由于下弦桿位于走廊預(yù)制板以下，在走廊內(nèi)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行直接量測(cè)，且走廊距離地面較高，不能直接接觸到下弦桿桿件、下部水平支撐及斜撐等構(gòu)件，無(wú)法直接對(duì)這些構(gòu)件進(jìn)行量測(cè)。采用高倍望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察，并拍照記錄，觀察發(fā)現(xiàn)這些構(gòu)件銹蝕程度較輕，估計(jì)銹蝕深度約為1 mm。這部分構(gòu)件在加固施工開(kāi)始時(shí)，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢查，對(duì)估測(cè)結(jié)果進(jìn)行校核。

2.2.4 球節(jié)點(diǎn)銹蝕狀況檢測(cè)結(jié)果

桁架上、下弦球節(jié)點(diǎn)銹蝕較輕，從照片可看出球面防銹底漆尚存，防火涂層剝落較少，抽查結(jié)果表明，球節(jié)點(diǎn)的銹蝕深度不大于0.5 mm。

2.2.5 焊縫銹蝕狀況檢測(cè)結(jié)果

焊縫的銹蝕程度低于桿件的銹蝕程度，這是由于焊縫材料和母材之間的電極電位不同，對(duì)于電極電位不同的材料當(dāng)其處于電解質(zhì)溶液中時(shí)，易在兩種材料之間形成接觸腐蝕，且首先腐蝕的應(yīng)該是電極電位相對(duì)較負(fù)的母材，因此，檢測(cè)中應(yīng)對(duì)焊縫處的母材進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，檢測(cè)中未發(fā)現(xiàn)母材周?chē)纬晌g坑，表明目前焊縫未受到腐蝕。

3 焊接球節(jié)點(diǎn)鋼管桁架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)試

對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)輔以動(dòng)力特性測(cè)試，在得到其自振頻率、模態(tài)、阻尼比等基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，可以對(duì)銹蝕后的鋼桁架結(jié)構(gòu)整體損傷程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于缺乏桁架結(jié)構(gòu)銹蝕前的動(dòng)力學(xué)基本參數(shù)，現(xiàn)利用大型通用有限元軟件ANSYS對(duì)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模分析，分別取得桁架結(jié)構(gòu)銹蝕前、后的基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)銹蝕后的鋼桁架結(jié)構(gòu)整體損傷程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。桁架結(jié)構(gòu)有限元分析及動(dòng)力特性實(shí)測(cè)結(jié)果如圖1，圖2，表1所示。

圖1 1號(hào)皮帶走廊桁架結(jié)構(gòu)有限元模型及振型圖

圖2 1號(hào)皮帶走廊現(xiàn)有桁架結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)振型圖

表1 1號(hào)皮帶走廊桁架結(jié)構(gòu)理論計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果比較

由理論計(jì)算結(jié)果可知:相比銹蝕前結(jié)構(gòu)，桁架結(jié)構(gòu)銹蝕后，構(gòu)件截面積、慣性矩均減小，結(jié)構(gòu)整體剛度有所下降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自振頻率減小，周期延長(zhǎng)?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)自振頻率與銹蝕后結(jié)構(gòu)理論計(jì)算頻率基本接近，且實(shí)測(cè)值偏低一些。說(shuō)明實(shí)測(cè)結(jié)果可信，目前的桁架結(jié)構(gòu)由于構(gòu)件銹蝕已造成了結(jié)構(gòu)整體剛度的下降。

應(yīng)指出，理論計(jì)算結(jié)果是對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化后的計(jì)算簡(jiǎn)圖而言的，而實(shí)際結(jié)構(gòu)往往是比較復(fù)雜的，桁架節(jié)點(diǎn)的約束，檁條等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、支撐的設(shè)置等都將增大結(jié)構(gòu)的剛度，因而，應(yīng)該說(shuō)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的整體剛度實(shí)際上下降的更多。

4 結(jié)論及建議

該選煤廠1號(hào)皮帶走廊的桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件銹蝕程度已相當(dāng)嚴(yán)重，桿件截面有較大削弱。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)測(cè)及理論計(jì)算結(jié)果表明，桁架結(jié)構(gòu)由于構(gòu)件銹蝕造成了承載力及結(jié)構(gòu)整體剛度的下降，應(yīng)考慮更換或采取加固措施。

［1］ GB/T 50344-2004，建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ YB 9257-96，鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)定及加固技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］ GB 50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［4］ GB 8923-88，涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)［S］.