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殘餘應力超(chāo)聲無損檢(jiǎn)測與調控技術在鋼(gāng)結(jié)構建設中的應(yīng)用
更新時間:2021-04-10 17:51
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隨著科學(xué)技術的進步,建(jiàn)築(zhù)領域上大跨度、大空間以及(jí)多用(yòng)途(tú)的要求開始增(zēng)多,鋼結構材料強度(dù)高、結構自重輕、良好的延性與抗震性(xìng)能、工業化程度高且施工速度快等優點就顯(xiǎn)現了出來。
其中焊(hàn)縫連接是現代鋼結構建築(zhù)中最主要(yào)的連接(jiē)方式,它的優點是構造簡單,任何形式的構件都可直接相連,用料經濟,不削弱截麵,製作加工方便,即可手工施(shī)焊也(yě)可實現自動化操作;連接的封閉(bì)性好,結(jié)構剛(gāng)度大,整體性(xìng)較好。
目前在工業與民用建築結構中(zhōng), 焊接結構已占絕對優勢。
然而,焊接過程中的不均勻加熱(rè)會在鋼結構(gòu)焊接(jiē)構(gòu)件的內部產生應力,在焊(hàn)縫附(fù)近的熱影響區內,鋼材的金相組織會(huì)發生改變,而導致局部材質變脆;焊接過程中不均勻的溫度場產生不(bú)均勻的內部膨脹,冷(lěng)卻後在焊(hàn)縫長度方向、垂直(zhí)於焊縫長度方向及母材厚度方向上都會產生殘餘應力;焊接殘餘應力和(hé)殘餘變(biàn)形使鋼結構在受力時變形增大,鋼結構的剛度和(hé)穩定性以及結構的抗疲勞強度(dù)、抗脆斷能力、抗應力腐蝕開裂及形狀尺寸的穩定(dìng)性都將大大下降(jiàng)。
同時,在材料(liào)表麵積聚(jù)的殘餘應力(lì)會(huì)使材料表麵形成(chéng)表麵(miàn)裂紋或者近表麵裂紋,這種隱藏在材料和構件(jiàn)近表麵的缺(quē)陷往往是導致斷裂的(de)元凶,更具隱蔽性和危險(xiǎn)性。
所謂殘餘(yú)應力,簡單地說是指消除(chú)外(wài)力或不均勻的溫度場(chǎng)等作用後仍留在物體(tǐ)內(nèi)的自相平衡的(de)內應力。
因此,在鋼結構設計中必須考(kǎo)慮殘餘應(yīng)力的影響,並且找出相應的(de)對策,這對於保障生產、穩定鋼結構質量等都有極其重要的意義。
對大型的結構複雜、彎扭構件多的鋼(gāng)結構工程,控(kòng)製其(qí)施工過程中的結構變形和消除運營階段的結構變形一直(zhí)是工程建設的重要內容。
殘餘應力檢測可以及時(shí)地檢測出鋼結構(gòu)件中殘餘應(yīng)力的大小、方向,然後根據檢測數據(jù)的大小以(yǐ)及危害程度采取(qǔ)有(yǒu)效的措施(比如殘餘應力的(de)調控技術(shù)),可以很好地處理由於焊接產生(shēng)的應(yīng)力(lì)變形,以增加鋼結構件(jiàn)的使用壽命(mìng)。
北京新機場的建設中,航站樓核(hé)心區東西(xī)寬568m,南北(běi)長454m,麵積 18萬平方米。核心區主要由下部主體框架結構、中部鋼支撐以及上部鋼屋蓋結構三大(dà)部分組成(chéng),屋蓋造型複雜,猶(yóu)如鳳凰(huáng)展翅,為不規(guī)則自由曲麵鋼網格結構。
鋼結構用(yòng)鋼量 5 萬多噸。天窗範圍采用(yòng)鋼桁架結構,部分區域設置 X 型拉索支撐。總共用(yòng)了 6 萬多根鋼架,1 萬多個連接球(qiú),以上主要靠8組C型柱支撐, 而且采用先卸載後(hòu)合攏的新穎吊裝工(gōng)藝,同時,所有結構都是通過焊接連接起來的。
這(zhè)樣所有的焊接件在焊接(jiē)之後、結構件在卸載之前和(hé)卸載之後(hòu)以及區塊之間合攏之後,鋼結構件中的殘餘應力分布情(qíng)況,是否符合設計的要求,是否會對後續的使用存在隱患,都是設計和製造方高度關注的(de)問(wèn)題。
而其影響因素貫穿整個(gè)施工過程,甚至於包括氣溫和濕度,隻有通(tōng)過殘餘(yú)應力的檢測分析才能得出結論。
在北京新機場整個施工建設過程中,杭州華新檢測技術股(gǔ)份有限公司采用極具現場實用(yòng)性的(de)北京理(lǐ)工大(dà)學檢測與控製研究所自(zì)主研發的殘餘應力超聲無損檢測係統(tǒng)對以上各施(shī)工節點進行了殘(cán)餘應力的(de)檢測,根據檢測數據分析了北京(jīng)新機場整體結構載荷,得出其受(shòu)力狀態和(hé)安全(quán)性完全(quán)符合設計要求的結論。

北京新機場,其美麗的身姿已出現在各大媒體上。
殘餘應(yīng)力檢(jiǎn)測(cè)在鋼結構橋梁建設中也發揮著重要作用。寧波三官堂大(dà)橋及接線橋梁(liáng)建設標準為城市主幹(gàn)道,設(shè)計時(shí)速為60公裏,主線跨越甬江采用(yòng)連續(xù)鋼桁梁結構,橋梁長度有2.2公裏,主橋長785米,最大的一跨為465米(mǐ)(直接跨過甬(yǒng)江)。
目前,我(wǒ)國鋼桁梁橋的跨徑仍(réng)未突破300米,三官堂大橋建成後將成為首個超400米的(de)主跨,這也是世界上跨徑最大的連續鋼桁(héng)梁橋。各種宏觀的缺(quē)陷在整個施工階段(duàn)都有可能會出現,也可以通過各種(zhǒng)熟知的手段處理並控製在設計和標準規範允(yǔn)許的範圍內。但是(shì)殘餘應力的存在情況,對後續的使用是否會有隱患,也是建設者關心的問題。
目前(qián)三官堂大橋正在建設之中,同樣,杭州華新檢測技術股(gǔ)份有限公司采用(yòng)北京理工大學(xué)檢測與控製研究所研發的(de)殘餘應(yīng)力超聲無損檢測係統的殘餘應力檢(jiǎn)測也在(zài)適時地進行中。公司還對存(cún)在殘餘應力的鋼板原(yuán)材料按照(zhào)北京理(lǐ)工大學檢測與控(kòng)製研究所自主研發的殘餘應力狀態閉環調控係統進行了殘餘應力的調控,通過對鋼板原材料殘餘應力調控試(shì)件的力學性能比對檢測,其數據完(wán)全(quán)符合標準要求。
殘餘(yú)應力(lì)檢測不僅在鋼結構建設過程(chéng)中發(fā)揮著不(bú)可替代的質(zhì)量管控的優勢,在鋼結構建築服役期間也同樣起著重要作用。鋼結構建築在使用過程中,隨著各種荷載的變化,結構件內部的應力也在發生變化,當內部的應力達到屈服點時,會對結構的剛度(dù)、穩(wěn)定性、強度等造成影響,甚至出(chū)現應力腐蝕裂紋。
當廈(xià)門國際會議中心被(bèi)定為2017年金磚會議會場時,杭州華新檢測(cè)技術股份有限公司再次采用北京理工大學檢測與控製研究所研發的殘餘應力超聲(shēng)無損檢測係統對大樓的關鍵部位進行了殘餘應力檢測(cè),為廈門國際會議中心在金磚會議期(qī)間的安全使用提供了有效數據。
殘餘(yú)應力檢(jiǎn)測這項新技術在鋼結構建(jiàn)設中的逐(zhú)步推廣和應用,使得鋼結構件質量控製手段得到了提升,對鋼結構件的質量要求又上升到了更高的層麵。該技術可為鋼結構建築優質建設(shè)、安全使用保駕護(hù)航。

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