殘餘應力超聲無損檢測與調控技術在鋼結構建設中的應(yīng)用
更新時間(jiān):2021-04-10 17:51
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隨著科學技(jì)術的進(jìn)步,建築領域上大跨度、大(dà)空間以及(jí)多用途的要求開始增多,鋼結構材料強度高、結構自重輕、良(liáng)好的延性與抗震性能(néng)、工業化程度高且施工(gōng)速度快等優點就顯現了出來。
其中焊縫(féng)連接是現代鋼結構建(jiàn)築中最主(zhǔ)要的連接方(fāng)式,它的(de)優點是構造簡單,任何(hé)形(xíng)式的構件都可直接相(xiàng)連,用料經濟,不削弱截麵,製作加工方便,即可手工施焊也可實現自動化(huà)操作;連(lián)接的封閉性好,結構剛度大(dà),整體性較好。
目前在工業與民用建築結構中, 焊接結構已(yǐ)占絕(jué)對優(yōu)勢。
然(rán)而,焊(hàn)接過程(chéng)中的不均勻加熱會在鋼結構焊接構件的內部產生應力,在焊縫附近的熱影響(xiǎng)區內,鋼材的金相組織會發生改變,而導致局部材質變脆;焊接過程中不(bú)均勻的溫度(dù)場產生不均勻的內部膨脹(zhàng),冷卻(què)後在焊縫(féng)長度方向、垂直於焊縫(féng)長度方向及母(mǔ)材厚度方向(xiàng)上都會產生(shēng)殘餘應力;焊接殘餘應力和殘餘變形使鋼(gāng)結(jié)構在受力時變形增大,鋼結構(gòu)的剛度和穩定性以(yǐ)及結構的抗疲勞強度、抗脆(cuì)斷能力、抗應力腐蝕開裂及形狀(zhuàng)尺寸的穩定性都將大大下降。
同時(shí),在材料表麵積聚的殘餘應力會使材料表(biǎo)麵形(xíng)成表麵裂紋或者近表麵裂紋,這種隱藏在材料(liào)和構件近表麵的缺陷往往是導致斷裂(liè)的元凶,更具隱(yǐn)蔽性和危險性。
所謂殘餘應力,簡單地說是指消除外(wài)力或不均勻的溫度場等作用後仍留(liú)在物體內的自相平衡的內應力。
因此,在鋼結構設計中必須考慮殘餘應力的影響,並且找出相(xiàng)應的(de)對策,這對於保障生產、穩(wěn)定鋼結構質量等都有(yǒu)極(jí)其重要的(de)意義。
對大型的結構複(fù)雜、彎扭構件多的鋼結構工程,控製其施工過程中的結(jié)構變形和消除運營階段的結構變(biàn)形一直是工程建設的重(chóng)要內容。
殘餘應力檢測可以及時地檢測出鋼結構件中殘餘應力的大小、方(fāng)向,然後根據檢(jiǎn)測數據的大小以及危害程度采取有效的措施(比如殘(cán)餘應力的調控技術),可以很好地(dì)處理由於焊接產生的應力變形,以增(zēng)加鋼結(jié)構件的使用壽命。
在北京新機場的建(jiàn)設(shè)中,航站樓核心區東西寬568m,南(nán)北長454m,麵積 18萬平方米。核心區主要由下(xià)部主體框架結構(gòu)、中部鋼支撐(chēng)以及上部鋼屋(wū)蓋結構三大部分組成,屋蓋造型複雜(zá),猶如鳳凰展翅,為不規則自由曲麵鋼網格結構。
鋼結構用鋼量(liàng) 5 萬多噸。天窗範圍采用鋼桁架結構,部分區域設置(zhì) X 型拉索支撐。總共用了 6 萬多根鋼架,1 萬多個連接(jiē)球,以上主要靠8組C型(xíng)柱支(zhī)撐, 而(ér)且采用(yòng)先卸載後合攏的新穎(yǐng)吊裝工藝,同時,所(suǒ)有結構都是通過焊接連(lián)接起來(lái)的。
這樣所有的焊接件在焊接之後、結構件在卸載之前和卸載之後以及區(qū)塊(kuài)之間合攏之後,鋼結(jié)構件中的殘餘應力分布情況,是否符合(hé)設計的要求(qiú),是否會對後續的使(shǐ)用存在隱患,都是設計和製造方(fāng)高度關注的問題。
而其影響因素貫穿整個施工過程,甚至於包括氣溫和濕度,隻有通過殘(cán)餘(yú)應力的檢測分析才能得出結論。
殘餘應力檢測在鋼結構(gòu)橋梁建設中也發揮著重要作用。
目前,我國鋼桁梁(liáng)橋的跨徑仍(réng)未突破300米,三官堂大橋建成後將成為(wéi)首個(gè)超400米的主跨,這也是世界上(shàng)跨徑最大的連(lián)續鋼桁梁橋。各種宏觀的缺陷在整個施工階段都有可能會出現,也可以通過各種熟知的手(shǒu)段處理並控製在設(shè)計和標準(zhǔn)規範允許(xǔ)的範圍內。但是殘餘應力的存(cún)在情況,對後續的使用是(shì)否會有隱患,也是建設者關心(xīn)的問(wèn)題。
殘餘應力檢測不僅在鋼結構建(jiàn)設(shè)過程中發揮著不可替代的質量管控的(de)優勢,在鋼結構建築服役期間也同樣起著重要作用。鋼(gāng)結構建築在使(shǐ)用過程中,隨著各種荷載的變化,結構(gòu)件內部的應力也在發生變化,當內部的應力達到屈(qū)服點時,會對(duì)結(jié)構的剛度、穩定(dìng)性、強度等造成影響,甚至(zhì)出現應(yīng)力腐蝕裂紋。
殘餘應力檢測這項(xiàng)新技術在鋼結構建(jiàn)設中的逐步推廣和應用,使得鋼結構件(jiàn)質量控製手段得到了提升,對(duì)鋼(gāng)結構件的質量要(yào)求又上升到了更高的層(céng)麵。該技(jì)術可為鋼結構建築(zhù)優質建設、安全(quán)使用保駕護航。
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