鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

方文龍 （安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230031）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)是一種以鋼材加工而成的建筑結(jié)構(gòu)類型，該結(jié)構(gòu)所組成的鋼材包含諸多優(yōu)點，如強度高、自重輕、剛度優(yōu)、抗剪強等，故在一些重要、復(fù)雜的建筑工程項目中應(yīng)用廣泛。建筑工程發(fā)展到21世紀(jì)，鋼結(jié)構(gòu)以其諸多優(yōu)勢逐漸取代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，成為建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。而其施工質(zhì)量也關(guān)乎著建筑的整體質(zhì)量與安全性。為保證施工質(zhì)量與效果符合設(shè)計要求，施工過程安全可靠，需要利用鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)[1]。目前鋼結(jié)構(gòu)檢測主要由模擬實驗、破壞性實驗、無損檢測這三類組成[2]。其中模擬實驗具有可檢測鋼結(jié)構(gòu)的整體性的優(yōu)點，缺點是成本較高、檢測周期較長；破壞性實驗優(yōu)點是能夠?qū)Τ闄z樣品進行精準(zhǔn)測試，缺點是無法評估鋼結(jié)構(gòu)的整體性，具有一定的局限性；無損檢測可對原材料和工件進行較全面的檢測，同時具有工藝簡單、成本低廉的優(yōu)點。

1 鋼結(jié)構(gòu)檢測的方法

大多數(shù)建筑工程項目采用鋼結(jié)構(gòu)作為其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，為保證鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需合理運用鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，目前國內(nèi)外致力于研究的鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)主要由磁粉探傷檢測技術(shù)、射線探傷檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)、渦流檢測技術(shù)、滲透探傷技術(shù)以及三維激光掃描技術(shù)這六種組成。

1.1 磁粉探傷檢測技術(shù)

磁粉探傷檢測技術(shù)是一種對鋼制材料或工件施以磁場，致使其發(fā)生磁化，此時在工件表面加上磁粉，由于鋼制材料或工件的缺陷處會因為磁力線逸出，形成一個漏磁場，磁粉會在漏磁場作用下匯集而產(chǎn)生磁痕，據(jù)此判斷表面缺陷的一種探傷方法。該方法的優(yōu)點是可以高效檢測出鋼制材料或工件表面存在的缺陷，且具備操作簡單，適用范圍廣等特點，可運用到大型設(shè)備和工件上。牛乾等[3]提出將機器視覺和圖像處理技術(shù)應(yīng)用于磁痕圖像缺陷的智能識別上。

1.2 射線探傷檢測技術(shù)

射線探傷檢測是利用射線可穿透物體以及在不同介質(zhì)傳播過程中的衰減特性差異來檢查焊縫內(nèi)部缺陷的一種方法。根據(jù)所用射線的不同可以分為X射線檢測、γ射線檢測以及高能射線檢測三種類型。根據(jù)不同射線穿透材料的能力不同，且照相膠片具有感光特性的原理，在對焊縫進行檢測時，由于焊縫中的缺陷對射線的吸收能力有所不同，導(dǎo)致落在膠片上的射線強度有差異，而膠片的感光能力也有所不同，據(jù)此可直觀、準(zhǔn)確且無損地顯示出缺陷的位置及形態(tài)。該方法測試結(jié)果直觀，適用于各種材料的檢測。

1.3 超聲波檢測技術(shù)

超聲波探傷是一種利用超聲波對材料的穿透力以及在截面分界處的反射特性來檢查工件缺陷的方法，發(fā)射端發(fā)射超聲波束進入金屬內(nèi)，會在缺陷與工件底面處形成兩種反射波，并在接收端熒光屏幕上顯示脈沖波形，缺陷處會顯示出特定的脈沖波形，且根據(jù)波形特征可判斷出缺陷的位置和形態(tài)。該種方法可用于檢測鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)部缺陷，操作簡單，可提高檢測效率。根據(jù)實現(xiàn)原理的差異，超聲波探傷技術(shù)又細分為脈沖反射法、穿透法和共振法，目前通常使用手提式探測儀來進行鋼結(jié)構(gòu)的超聲波檢測工作[4]。

1.4 渦流檢測技術(shù)

渦流檢測技術(shù)是一種通過電磁感應(yīng)來檢測金屬材料和工件所存在的表面缺陷的方法。該檢測技術(shù)可全面判斷鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷，但其局限性在于僅能對可導(dǎo)電的金屬構(gòu)件以及能感生渦流的非金屬構(gòu)件進行檢測；且由于鋼磁和結(jié)構(gòu)的不均勻性以及被檢測表面的幾何不規(guī)則性會產(chǎn)生一定的附加噪聲，渦流法在檢測黑色鋼結(jié)構(gòu)和部件裂紋時比較困難，Valentyn Uchain等[5]提出了雙差分型渦流探頭，可實現(xiàn)特定檢測應(yīng)用。

1.5 滲透探傷技術(shù)

滲透探傷技術(shù)是將一種具有顯色性能的滲透劑刷涂在工件表面，滲透劑在毛細力作用下，通過工件表面裂紋缺陷滲入內(nèi)部，一段時間后，抹除掉工件表面余下的滲透劑，最后在工件表面涂上一層薄的顯像劑。此時裂紋缺陷中的滲透劑會在顯像劑提供的毛細力下，再次吸附到工件表面，并且會形成一個放大的缺陷顯示圖像，在黑光或白光下能夠觀察到缺陷的位置及形狀。

以上五種鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)都屬于無損傷檢測技術(shù)，都可在不損壞鋼結(jié)構(gòu)外觀表面的同時對鋼結(jié)構(gòu)進行有效且全面的檢測。

1.6 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是通過設(shè)備的激光脈沖發(fā)射器，向待檢測的工件上發(fā)射一束激光脈沖，在反光鏡的旋轉(zhuǎn)作用下，對待測工件進行掃描，激光脈沖經(jīng)過反射作用后能夠被信號接收器所接收，同時會記錄下信號數(shù)據(jù)；對所獲取的大量云數(shù)據(jù)再進行分割、構(gòu)建等處理，可獲得大型鋼結(jié)構(gòu)的建筑物在力的作用下各點的精確變形值[6]。

除上述五種主要檢測技術(shù)外，還可以結(jié)合信息化技術(shù)來判斷鋼結(jié)構(gòu)的缺陷，利用系列工程建模軟件，可直觀展示鋼結(jié)構(gòu)的缺陷部位[7]。馬中軍等[8]利用BIM結(jié)合表面圖像處理分析，提出了一種鋼結(jié)構(gòu)的無損探傷方法，構(gòu)建了基于BIM的建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測模型，可實現(xiàn)對建筑鋼結(jié)構(gòu)的無損檢測以及后期管理的全面掌控，該方法有效檢測率為100%。

2 鋼結(jié)構(gòu)檢測的技術(shù)應(yīng)用

在各式各樣的建筑施工項目中，鋼結(jié)構(gòu)檢測已成為建筑工程中一項相對重要的技術(shù)，通過運用相關(guān)技術(shù)手段，對鋼結(jié)構(gòu)各個施工環(huán)節(jié)進行質(zhì)量把控，能及時止損、減短施工周期。鑒于種種優(yōu)點，鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)也得到極大程度的應(yīng)用。本文主要從鋼結(jié)構(gòu)的表面檢測、鋼結(jié)構(gòu)的涂裝檢測、焊接質(zhì)量、構(gòu)件連接檢測以及結(jié)構(gòu)變形檢測四個方面對鋼結(jié)構(gòu)檢測的技術(shù)應(yīng)用進行綜述。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)表面檢測

外觀缺陷檢測是鋼結(jié)構(gòu)檢測的基礎(chǔ)項目[9]。對鋼結(jié)構(gòu)進行肉眼檢測，可以觀察出鋼結(jié)構(gòu)表面存在的氣泡、裂縫、咬邊、融合等常見缺陷。對于鋼結(jié)構(gòu)表面腐蝕損害的評估，傳統(tǒng)的檢測方法是目視檢查，但是對區(qū)域范圍大的地區(qū)或難以進入的地區(qū)來說是耗時耗力、較難進行的，且檢測結(jié)果具有主觀性。為了解決上述問題，M.Khayatazad等[10]開發(fā)了用于量化和組合兩個視覺方面的算法-粗糙度和顏色，該算法已應(yīng)用于腐蝕和非腐蝕組件和結(jié)構(gòu)照片的大數(shù)據(jù)集，可以有效地定位腐蝕區(qū)域。張華[11]提出將滲透探傷技術(shù)運用到地鐵軌道檢測中，通過處理可使軌道質(zhì)量缺陷的位置與類型得以明確，針對缺陷即可采取有效措施進行解決。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的涂裝檢測

鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，還需要對其進行涂裝，可選擇防腐或防火材料作為涂裝材料，材料的選擇決定著鋼結(jié)構(gòu)的使用時間。防腐材料可預(yù)防鋼結(jié)構(gòu)在濕度較大的環(huán)境下腐蝕生銹，導(dǎo)致承載力降低。對鋼結(jié)構(gòu)的涂裝材料進行檢測，可根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的材料厚度來反映，檢測時可以通過超聲波在鋼結(jié)構(gòu)中的理論傳播速度來獲取超聲波的實際波速與傳播時間，可以檢測出鋼結(jié)構(gòu)的實際厚度和寬度，同時可獲取鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性參數(shù)[11]。

2.3 焊接質(zhì)量和構(gòu)件連接檢測

鋼結(jié)構(gòu)主要是通過螺栓和螺絲進行連接的。首先需要對螺栓進行檢測，當(dāng)焊接熔化后將金屬進行連接形成焊縫，此時，進行焊接處檢測，利用射線探測儀裝置針對焊縫的開裂現(xiàn)象進行檢測用來保證焊接完整性；在焊接過程中也可用超聲波檢測技術(shù)進行檢測，因為該技術(shù)不會對鋼結(jié)構(gòu)的外觀進行破壞。對于螺栓連接處，常用捶打的方式來檢測螺栓的緊固性[12]。對焊縫的檢測，Muthukumaran Malarvel等[13]提出了一種在X射線圖像中使用多類支持向量機(MSVM)進行焊接缺陷檢測和分類的自主技術(shù)，該技術(shù)考慮了多種焊接缺陷，有效提高了檢測工作效率。

2.4 結(jié)構(gòu)變形檢測

智能化信息技術(shù)與人工相結(jié)合可以實現(xiàn)對建筑鋼結(jié)構(gòu)的更好檢測。Ming Guo等[14]對極大型、復(fù)雜建筑物鋼結(jié)構(gòu)進行高精度檢測，采用激光雷達和無人機近距離攝影測量可以直接收集各種大型復(fù)雜環(huán)境中的數(shù)據(jù)、注冊站點和適合的節(jié)點來監(jiān)控和分析其結(jié)構(gòu)，該種檢測方法使得變形監(jiān)測更加詳細、全面。除此以外，將全站儀運用到鋼結(jié)構(gòu)檢測中，也可以很好檢測鋼結(jié)構(gòu)的垂直度和撓度[15]。

3 結(jié)論與展望

鋼結(jié)構(gòu)作為建筑工程項目的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，直接影響著建筑物的整體安全質(zhì)量。通過合理運用鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，可以保證施工質(zhì)量，提高施工效率。目前國內(nèi)外最常見的鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)主要由磁粉探傷檢測技術(shù)、射線探傷檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)、渦流檢測技術(shù)、滲透探傷技術(shù)以及三維激光掃描技術(shù)這六種組成，另外結(jié)合信息化技術(shù)和智能科技也可對鋼結(jié)構(gòu)的缺陷進行判斷。對于不同類型的建筑工程，應(yīng)結(jié)合實際選擇合適的鋼結(jié)構(gòu)檢測方法。在實際建筑工程項目中，鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)也應(yīng)用廣泛，可在鋼結(jié)構(gòu)表面、涂裝材料、焊接質(zhì)量和構(gòu)件連接、結(jié)構(gòu)變形等方面進行相關(guān)檢測應(yīng)用，保證了施工效果，節(jié)約了施工周期。如今建筑工程項目在社會市場的比重越來越大，建筑物結(jié)構(gòu)的安全標(biāo)準(zhǔn)也愈加嚴(yán)格，目前常用的鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)無法完全滿足實際工程中的檢測需要。因此，在科技高速發(fā)展的未來，鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)會與新興科技相結(jié)合得到更好的發(fā)展與應(yīng)用。