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分析鋼結構檢測及加固措施

文檔作者：陳浩文檔來源：福建省建筑工程質量檢測中心有限公司		點擊數：	更新時間： 2022年03月19日
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2014 年 10月 建 材 與 裝 飾
分析鋼結構檢測及加固措施
陳浩
（福建省建筑工程質量檢測中心有限公司福建福州350000）
摘要：鋼結構以其強度高、形變承受能力強的特點，現(xiàn)已在各項建筑工程中得到廣泛應用。但鋼材的特性決定了鋼結
構建筑在實際使用中仍存在較多問題。本文首先闡述了鋼結構的特點及進行損傷檢測的內容與有關方法，隨后總結了進
行鋼結構加固的有效措施，并結合實際案例，分析鋼結構檢測與加固在施工實踐中的應用效果。
關鍵詞：鋼結構建筑；損傷檢測；加固措施
中圖分類號：TU391 文獻標識碼：B 文章編號：1673-0038（2014）41-0057-02
隨著鋼結構在工業(yè)及民用建筑中的普及使用，由于施工、管
理不當，材料質量不合格等原因，使鋼結構的檢測與加固成為了
必然趨勢。大量實踐證實，對現(xiàn)有的鋼結構建筑進行檢測與加
固，是提高建筑使用效能的有效方法。因此，有必要對鋼結構無
損檢測的具體內容及有關方法進行探討，并總結相關的鋼結構
加固措施。
1 鋼結構的特點及無損檢測內容、方法
1.1 鋼結構特點
鋼結構的特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：淤自重輕，便于運
輸。相較于混凝土或木材等建筑材料，鋼結構在強度、密度等方
面均有明顯優(yōu)勢。在相同條件下，鋼結構的自重更輕，便于安裝
與運輸，在高空施工或大跨度建筑的施工中優(yōu)勢更為明顯。于彈
性模量大，韌性強。鋼材料的自身特性，決定鋼結構能夠承載較
大的外界沖擊力，在抗震方面有良好效果；且鋼結構更符合初始
的理論設計，可靠性更高。盂鋼結構是現(xiàn)階段所有建筑結構中機
械化程度最高的結構類型，各結構組分間的精度高、施工工期相
對較短。榆密封性高。隨著科技的不斷發(fā)展，鋼材料的焊接效果
也有了顯著提升。就目前的焊接技術而言，能夠達到完全密封的
焊接效果，在建筑的防滲漏方面有良好效果。虞不具有耐火性。
有研究證實，當鋼材料的表面溫度超過150益時，就需采取一定
的隔熱保護措施，若表面溫度達350益，鋼材料的彈性模量及強
度均會發(fā)生明顯下降，且鋼材料會在600益時完全失效。故在實
際施工中，一般會在鋼結構中添加耐高溫、耐火性能良好的材
料。
1.2 鋼結構檢測內容及方法
鋼結構檢測的主要內容包括對原材料硬度、外觀、厚度等材
料性能進行檢測，結構表面缺陷的檢測，內部缺陷的超聲檢測，
結構變形檢測等。
鋼結構的表面缺陷及內部缺陷檢測時進行鋼結構無損檢測
的主要環(huán)節(jié)。工作人員需以《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》中
的相關規(guī)定為主要原則，對鋼結構的表面及內部缺陷進行檢測。
一般使用超聲波檢測確定鋼結構內部是否存在缺損。表面缺陷
檢測的重點在于檢查鋼結構焊縫表面（或近表面）是否存在超標
缺陷，主要的檢測方法有磁粉檢測、目視檢測及液體滲透著色檢
測方法。
結構變形主要包括屋架的撓度變化，承重柱側移、屋架傾斜
等，常用的檢測儀器包括水準儀、錘球、鋼卷尺、紅外線測距儀、
全站儀等，需根據不同的檢測對象，選取最佳的測量儀器與方
法。例如在測量較小跨度的屋架撓度變化時，可通過選取基準
點，使用水準儀測量其變化，并判定變化情況是否處于允許范圍
內；又如在測量屋架傾斜時，一般選取屋架中部，作為基準軸，再
在上弦處固定吊錘至下弦處，記錄傾斜值與傾斜方向。
材料性能檢測主要包括鋼結構原材料的硬度、厚度、外觀及
表面缺陷的檢測。對鋼材的硬度進行檢測，可初步了解鋼材的力
學性能，為后期檢測中的相關工作提供依據。隨后應結合具體情
況，使用超聲測厚儀測量鋼材厚度，確定鋼材的厚度及硬度滿足
鋼結構的力學承重要求。需對鋼材表面缺陷進行檢測，工作人員
需對全部鋼結構構件進行目測檢查，必要時可使用放大鏡等工
具進行輔助檢測，了解構件表面的質量是否合格。
2 鋼結構的加固原則與有效措施
在進行鋼結構加固時應始終遵循以下原則：淤進行加固時應
盡量不影響建筑的使用。由于建筑性能使用受阻而導致的損失
一般都是加固費用的幾倍。當構件的應力大小低于鋼材料預期
強度的4/5，且構件損傷形變不明顯時，加固對建筑物使用性能
的不利影響最低。于加固方案應盡量簡化，并確保其可行性，以
便于后期檢查。盂進行鋼結構的連接加固時，應盡量使用焊接方
式，注意保證原有桿件的應力值低于鋼材料預期強度的3/5。
加固措施：
在上述加固原則的前提條件下，現(xiàn)階段常用的鋼結構加固措
施包括改變計算圖紙、擴大原有結構中的構件截面積、加固節(jié)
點、減輕負荷等，施工方法則主要有負荷加固、卸荷加固及部件
更新加固等。
改變計算圖形進行結構加固的實質是對鋼結構的力傳導體
系進行改善。由于多數鋼結構廠房的工藝要求較為復雜，在進行
鋼結構加固時要求在不停產條件下進行，故在通過改變計算圖
形進行結構加固時，應充分結合工程的自身特點。改變計算圖形
質檢·研究
·57·
建 材 與 裝 飾 2014 年 10 月
的具體技術方法需在綜合考察施工難度、工程的整體效益及建
筑物的使用功能等因素后，再進行考慮。在進行加固時，應通過
計算被加固結構的承載能力與正常使用狀態(tài)下的極限承載力，
同時分析結構加固措施對有關構件承載力的影響，并考慮構件、
節(jié)點及支座等結構中的內力重分布情況，最后進行結構的補充
驗算，只有這樣才能確定最佳的加固方案，并據此采取合理的構
造措施。
另一個較為常用的加固方法是對構件的截面進行加固，其實
質是通過擴大構件截面積，使構件的剛度得到有效提高，從而實
現(xiàn)鋼結構整體承載能力的上升。目前國內外在構件截面加固方
面的技術主要集中于擴大截面積和提高連接強度兩方面，常用
的截面加固方法包括：碳纖維布加固、結構外緣貼焊鋼板、將原
有的工形截面改造為箱型截面等。利用擴大截面積的方法進行
構件加固時，應充分考慮現(xiàn)有鋼結構的損傷情況，并確保加固后
的截面形狀有利于結構加固。通過擴大截面進行結構加固的方
法并非一成不變，需工程師在了解不同加固方法的優(yōu)勢和指定
的工程特點后，確定最佳的加固設計方案。當加固鋼板的寬度超
過鋼柱外緣時，鋼結構外緣部位由于焊接所產生的殘余應力從
壓力轉變?yōu)槔?，從而達到提高鋼柱承載力的加固目的。此外，
對于存在幾何結構缺陷和有預應力的鋼柱進行加固改造時，由
于鋼板貼焊后的殘余應力會使鋼柱的屈曲承載力，因此應全面
評估截面塑性區(qū)的發(fā)展趨勢，并引入鋼柱截面剛度在彎曲條件
下的修正系數進行計算。
節(jié)點加固是鋼結構改造中復雜度最高的環(huán)節(jié)，加固方式主要
包括焊接加固、碳纖維加固、套管加固等。不同的節(jié)點加固方式
均有其獨特優(yōu)勢與不足，因此應根據原有鋼結構的受力狀態(tài)、進
行加固的原因及預期加固目的等，并結合原有鋼結構中的節(jié)點
連接方法，確定最佳的節(jié)點加固方法。在確定節(jié)點連接方法時，
應注意：同一受力部位進行節(jié)點加固時，加固前后的節(jié)點剛度應
保持在相似水平。有研究表明，增大構件厚度或增設加勁板等，
均可有效提高節(jié)點延性，避免節(jié)點發(fā)生脆性破壞的風險。此外，
相較于其它的節(jié)點焊接加固方式而言，碳纖維布加固可在提高
構件整體承載力的同時，降低焊接所形成的殘余應力對原結構
的不利影響。
3 案例分析
某辦公樓的建筑面積約為820m2，共設有3 層，該建筑的結
構類型為鋼柱、鋼梁、壓型鋼板與混凝土板的結合結構。原工程
的設計圖是施工方自行設計，且由于施工單位缺乏設計資質，在
施工過程中后出現(xiàn)了鋼梁的明顯變形，現(xiàn)需判定該建筑的使用
安全性。通過鋼結構損傷檢測，可知該鋼結構建筑中的問題主要
包括：淤結構布局與原結構存在較大出入，發(fā)現(xiàn)鋼梁明顯變形；
于抽檢的4根鋼柱焊縫損傷情況，顯示有5 處的焊縫質量不合
格；盂垂直度檢測顯示鋼柱的傾斜位移均超出允許的誤差范圍，
偏向結構平面內部。
針對該結構損傷情況制定的加固方案如下：淤通過加大截面
方法進行加固，在梁跨中增加鋼柱數量，縮小梁的彎矩和撓度；
于對于門窗處的鋼柱增加水平支撐，并對外應力比超過1 的鋼
柱進行外包混凝土加固；盂強度不達標處，則采取結構外緣粘貼
碳纖維布，并在不合格節(jié)點處加強焊接，并粉刷防腐涂料。加固
后再次進行鋼結構檢測，結果顯示該建筑的鋼結構符合規(guī)范中
的標準，證實本次加固取得良好效果。
4 結束語
鋼結構的安全性直接關系到人民群眾的生命財產安全，通過
無損檢測技術對鋼結構中的損傷進行檢測、評估，并制定合適的
加固方案，是確保鋼結構安全的重要途徑。在選取具體的加固方
案時，應根據原有鋼結構的特點、施工條件及預期加固目標等因
素，針對不同的損傷類型，選取對應的加固方法，使鋼結構的穩(wěn)
固性得到顯著提高。
參考文獻
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收稿日期：2014-9-20
作者簡介：陳浩（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事鋼結構
檢測工作。
質檢·研究
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