施工過程中鋼結(jié)構(gòu)缺陷分析

葛 守 文

(山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

鋼結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)類型之一，有安裝簡(jiǎn)便、自重較輕、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，在建筑行業(yè)當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。它雖然優(yōu)點(diǎn)眾多，但由于技術(shù)限制和人為原因，鋼結(jié)構(gòu)缺陷難以避免，而缺陷往往是產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)事故的直接或間接原因，所以對(duì)此應(yīng)引起足夠的重視。

1 鋼結(jié)構(gòu)施工缺陷的種類

鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中容易發(fā)生的缺陷主要包括：鋼材的先天不足缺陷、鋼結(jié)構(gòu)的加工制作缺陷、鋼結(jié)構(gòu)的連接缺陷，鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸安裝缺陷等。下面從這幾方面詳細(xì)說明。

1.1 鋼材的先天不足缺陷

鋼材種類繁多，可在建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中經(jīng)常使用的有兩種，分別是低碳鋼和低合金鋼，鋼材在制作過程中各種化學(xué)成分的多少?zèng)Q定了鋼材質(zhì)量的好與否。舉個(gè)例子：Q235型鋼，它的99%的成分是Fe，而剩下的1%則是H,C,O,N,P,S等。1%雖然很少，卻有很大的影響力。在碳素鋼當(dāng)中除Fe之外C的重要性可以說是第一了。低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的區(qū)分依據(jù)就是鋼材的含碳量不同。含碳量越高，它的塑性韌性都會(huì)降低很多，引起其可焊性和負(fù)溫沖擊韌性變化也很大。所以建筑鋼材的選取必須是C≤0.25%的低碳鋼。另外在鋼材的冶煉、軋制及加工過程中同樣會(huì)因制作工藝或其他原因產(chǎn)生缺陷。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)的加工制作缺陷

鋼結(jié)構(gòu)在加工制作過程中需要經(jīng)過鋼板剪切、折疊、切割、鉆孔，焊接、打磨、銑刨、除銹、涂裝、熱處理等工序，每一道工序都有可能產(chǎn)生缺陷。例如原材料矯正引起冷作硬化、下料尺寸超出公差、切割邊粗糙達(dá)不到要求、孔徑偏差、構(gòu)件冷熱加工引起的裂紋、焊接引起的殘余應(yīng)力、除銹不合格，鋼結(jié)構(gòu)外形尺寸超差等。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)的連接缺陷

鋼結(jié)構(gòu)的連接方式主要分為焊縫連接、螺栓連接。

1.3.1焊縫連接

焊接過程中容易產(chǎn)生的缺陷有焊縫熱影響區(qū)母材由于過熱造成塑性韌性降低，成為受力最為薄弱的地方，容易硬化變脆甚至斷裂、產(chǎn)生較大的焊接殘余變形，并由此產(chǎn)生殘余應(yīng)力或者應(yīng)力集中成為鋼結(jié)構(gòu)事故的源頭。焊縫成型不良、裂紋、氣孔、加渣、咬邊、未焊透、未熔合等問題都會(huì)對(duì)安裝完成后的使用產(chǎn)生巨大隱患。

1.3.2螺栓連接

鋼結(jié)構(gòu)栓接缺陷主要包括高強(qiáng)螺栓連接和普通螺栓連接。螺栓連接安裝簡(jiǎn)便，迅速勞動(dòng)強(qiáng)度低、拆裝方便、安全可靠。容易產(chǎn)生的缺陷有：螺栓孔削弱構(gòu)件的有效截面、長(zhǎng)期在動(dòng)載荷作用下容易松動(dòng)、高強(qiáng)螺栓預(yù)應(yīng)力松弛產(chǎn)生滑移變形、螺栓質(zhì)量不合格、孔徑和孔的位置偏差、摩擦系數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

1.4 鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸安裝缺陷

鋼材在完成制作出廠后，運(yùn)輸與安裝過程中同樣會(huì)產(chǎn)生缺陷。如運(yùn)輸中如遇強(qiáng)大的外力很容易會(huì)對(duì)鋼材產(chǎn)生變形和損傷、吊裝中因?yàn)闆]有足夠臨時(shí)支撐導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生比較嚴(yán)重的變形、現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量不符合要求等。

2 鋼結(jié)構(gòu)施工缺陷的檢測(cè)方法

鋼結(jié)構(gòu)施工缺陷的檢測(cè)包括使用肉眼、卷尺、直尺、樣板等測(cè)量工具、超聲波、射線、磁粉等檢測(cè)儀，并將所得的測(cè)量結(jié)果與我國(guó)制定的鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行對(duì)照，超出允許范圍，必須進(jìn)行處理。

2.1 鋼材的先天不足缺陷檢測(cè)和檢查

鋼材使用前首先檢查質(zhì)量合格證明文件，對(duì)照相應(yīng)鋼材化學(xué)成分的要求看是否符合規(guī)定要求，必要時(shí)可以送到有檢驗(yàn)試驗(yàn)資質(zhì)的單位抽樣進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，或者自行對(duì)其化學(xué)成分、力學(xué)性能進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)使用的儀器有力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、光譜儀、五元素分析儀。其復(fù)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。

2.2 構(gòu)件制作過程的缺陷的檢測(cè)和檢查

2.2.1肉眼及測(cè)量工具檢測(cè)

鋼結(jié)構(gòu)加工制作缺陷主要是各個(gè)工序造成的尺寸偏差超過允許范圍，可以通過肉眼觀察和焊縫量規(guī)、鋼尺測(cè)量工具以及放大鏡等輔助工具進(jìn)行檢查，必要時(shí)對(duì)焊縫質(zhì)量采用滲透和磁粉探傷。對(duì)設(shè)計(jì)要求的一、二級(jí)焊縫應(yīng)采用超聲波檢測(cè)進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，當(dāng)超聲波檢測(cè)不能對(duì)缺陷作出判斷時(shí)，應(yīng)采用射線檢測(cè)，其內(nèi)部缺陷分級(jí)及檢測(cè)方法應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11345—2013焊縫無損檢測(cè)超聲波檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)等級(jí)和評(píng)定或GB 3323—2005鋼熔化焊對(duì)接接頭射線照相和質(zhì)量分級(jí)的規(guī)定，檢查項(xiàng)目包括：鋼構(gòu)件外觀檢查、螺栓孔徑、孔距的尺寸偏差檢查、高強(qiáng)螺栓連接面的檢查、端部銑平及安裝焊縫坡口檢查、鋼構(gòu)件外形尺寸偏差檢查、焊縫外觀(焊道是否平整；余高、長(zhǎng)度、接口、焊腳尺寸是否符合要求；有無弧坑、焊瘤、咬邊)和內(nèi)部檢查。

2.2.2超聲波探傷檢測(cè)

超聲波探傷是鋼結(jié)構(gòu)檢查中較為方便、經(jīng)濟(jì)的一種無損檢測(cè)方式，尤其對(duì)厚度較大的焊縫最有效。主要使用脈沖反射方式，按直接接觸法的垂直探傷和斜角探傷兩種方法進(jìn)行檢測(cè)。

2.2.3射線探傷檢測(cè)

射線探傷有X射線探傷法、γ射線探傷法等。射線探傷是當(dāng)前科技水平中最為準(zhǔn)確的方式，它適用于焊縫不大于30 mm的情況。

2.2.4磁粉探傷檢測(cè)

磁粉檢測(cè)是利用在強(qiáng)磁場(chǎng)中鐵磁性材料表面缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)吸附磁粉而產(chǎn)生的缺陷顯示，用于檢測(cè)焊縫表面和近表面缺陷，在磁粉檢測(cè)的過程中需要注意的是其對(duì)構(gòu)件檢測(cè)的靈敏度會(huì)隨著缺陷所在位置的深度逐漸降低。

2.2.5滲透檢測(cè)

滲透檢測(cè)是液體的毛細(xì)現(xiàn)象和固體染料在一定條件下發(fā)光現(xiàn)象，焊縫表面被施涂含有熒光或著色染料的滲透劑后在毛細(xì)作用下滲入缺陷，去除表面多余滲透劑干燥后，再施涂顯像劑，同樣在毛細(xì)作用下，顯像劑吸引缺陷中滲透劑，在一定光源下缺陷處滲透劑的顯示，用于檢測(cè)焊縫表面裂紋等開口缺陷。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)連接缺陷的檢查

1)焊接缺陷檢查與加工過程的缺陷檢測(cè)方法相同。

2)栓接缺陷檢查：栓接缺陷檢查包括高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力的復(fù)驗(yàn)、施工扭矩檢驗(yàn)、高強(qiáng)大六角頭螺栓扭矩系數(shù)復(fù)驗(yàn)、螺栓連接面抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)。

高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力的復(fù)驗(yàn)：從現(xiàn)場(chǎng)待安裝的螺栓批中隨機(jī)抽取8套，將待檢螺栓插入軸力計(jì)緊固時(shí)分初擰和終擰兩次進(jìn)行，直至尾部梅花頭擰掉，讀出預(yù)拉力值，其平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值應(yīng)符合規(guī)范要求。

施工扭矩檢驗(yàn)：在螺栓尾部端頭與螺母相對(duì)位置劃線后將螺母退回60°左右，用扭矩扳手測(cè)定擰回原位時(shí)的扭矩值，該值與施工扭矩的偏差在10%以內(nèi)為合格，對(duì)扭剪型高強(qiáng)螺栓可以觀察梅花頭擰掉情況，擰掉的話視其終擰扭矩達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

高強(qiáng)大六角頭螺栓扭矩系數(shù)復(fù)驗(yàn)：從現(xiàn)場(chǎng)螺栓檢驗(yàn)批中隨機(jī)抽取8套，檢測(cè)方法同預(yù)拉力的復(fù)驗(yàn)并按K=T/P×d(K為扭矩系數(shù)；T為施擰扭矩；P為螺栓預(yù)拉力；d為螺栓公稱直徑)。

螺栓連接面抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)：每2 000 t為一批，每批如圖1所示三組試件，試件摩擦面應(yīng)平整，無油污，孔和板的邊緣無飛邊、毛刺?？够葡禂?shù)檢驗(yàn)用的試件與所代表的鋼構(gòu)件應(yīng)為同材質(zhì)、同摩擦面處理工藝、同批制作使用、同性能等級(jí)、同直徑的高強(qiáng)度螺栓連接副，并且其復(fù)驗(yàn)結(jié)果要符合設(shè)計(jì)要求。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸安裝缺陷檢測(cè)

在結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸與安裝的兩個(gè)階段產(chǎn)生的缺陷通常是變形、失穩(wěn)等問題，檢測(cè)方法主要是使用肉眼及水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等測(cè)量?jī)x器進(jìn)行檢測(cè)。主要檢查項(xiàng)目包括：扭矩扳手標(biāo)定和高強(qiáng)螺栓施工記錄、摩擦面確認(rèn)檢查、構(gòu)件出廠合格證明、構(gòu)件安裝允許偏差、安裝焊縫質(zhì)量檢查，高強(qiáng)螺栓初擰、終擰檢查、終擰扭矩檢查、涂層干漆膜允許偏差檢查。

3 鋼結(jié)構(gòu)缺陷的預(yù)防

從以上分析說明鋼結(jié)構(gòu)缺陷在施工階段涉及材質(zhì)缺陷、加工制作缺陷、安裝運(yùn)輸缺陷，所以難以避免，我們作為施工方主要任務(wù)就是控制超標(biāo)缺陷，對(duì)這類缺陷必須進(jìn)行處理和預(yù)防，采取積極主動(dòng)的措施預(yù)防超標(biāo)缺陷的產(chǎn)生。

1)鋼材先天性缺陷的問題需我們?cè)诩庸ぶ鞍l(fā)現(xiàn)，安裝連接完成后也就意味著需要付出巨大的代價(jià)。

2)鋼結(jié)構(gòu)制作單位應(yīng)重視加工制作各個(gè)工序工藝的合理性，采用先進(jìn)設(shè)備，層層把關(guān)，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控和檢驗(yàn)檢測(cè)工作。施工過程中執(zhí)行自檢、互檢、交接檢制度。嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的不合格項(xiàng)，及時(shí)糾正并檢查落實(shí)，做到防患于未然。

3)鋼結(jié)構(gòu)安裝單位應(yīng)制定科學(xué)的施工組織設(shè)計(jì)，采用合理的吊裝方案和安裝工序，精心布置臨時(shí)支撐，提高現(xiàn)場(chǎng)安裝人員素質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過以上對(duì)鋼結(jié)構(gòu)缺陷種類的分析、相應(yīng)檢測(cè)方法以及預(yù)防措施的介紹，結(jié)合本人多年在鋼結(jié)構(gòu)施工方面的經(jīng)驗(yàn)，為從事鋼結(jié)構(gòu)的同仁們提供一些降低鋼結(jié)構(gòu)施工缺陷的思路，最終杜絕重大質(zhì)量事故的發(fā)生。

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