中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
1．評定依據(jù)和指標(biāo)
1.1．構(gòu)件變形指標(biāo)
為了不影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的正常使用和觀感，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形（撓度或側(cè)移）規(guī)定相應(yīng)的限值。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄A規(guī)定了一般情況下結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形的容許值。當(dāng)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或有特殊要求時(shí)，可根據(jù)不影響正常使用和觀感的原則對附錄A的規(guī)定進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。（參考GB50017-2003_3.5.1） 對于單層鋼結(jié)構(gòu)，鋼屋（托）架、桁架、梁及受壓桿件的垂直度和側(cè)向彎曲失高的允許偏差應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范表10.3.3的規(guī)定。（參考GB50205-2001）
1.2．整體變形指標(biāo)
單層鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的整體垂直度和整體平面彎曲的允許偏差應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范表10.3.4的規(guī)定；多層及高層鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的整體垂直度和整體平面彎曲的允許偏差應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范表11.3.5的規(guī)定。（參考GB50205-2001）
動(dòng)荷載（儀器工作荷載、風(fēng)荷載、地震荷載等）作用會使鋼結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形（振動(dòng)）。結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度過大會給使用者帶來不適的感覺，從而影響結(jié)構(gòu)的適用性。借鑒高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程對舒適度要求的規(guī)定，為使高層建筑結(jié)構(gòu)具有良好的使用條件，滿足舒適度要求，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009規(guī)定的10年一遇的風(fēng)荷載取值計(jì)算的順風(fēng)向和橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度amax不應(yīng)超過表1.2.1的限值。（參考JGJ3-2002_4.6.6）
表1.2.1結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度限值amax
1.3．連接變形指標(biāo)
1.3.1．焊縫連接
建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程和鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范對焊縫的外觀有如下要求：一級焊縫不得存在未焊滿、根部收縮、咬邊和接頭不良等缺陷，一級焊縫和二級焊縫不得存在表面氣孔、夾渣、裂紋和電弧擦傷等缺陷（參考JGJ81-2002_7.2.3，GB50205-2001_5.2.6）。
1.3.2．螺栓連接
鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范對螺栓連接有如下要求：永久性普通螺栓緊固應(yīng)牢固、可靠，外露絲扣不應(yīng)少于2扣；高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面應(yīng)保持干燥、整潔，不應(yīng)有飛邊、毛刺、焊接飛濺物、焊疤、氧化鐵皮、污垢等；螺栓不應(yīng)出現(xiàn)有間隙、松動(dòng)等未擰緊情況。（參考GB50205-2001_6.2.3,6.3.6,6.3.8）
1.4．開裂、銹蝕指標(biāo)
表面的裂紋應(yīng)探明深度，不允許存在較深裂紋或內(nèi)部裂紋（JGJ7-2010_6.2.4）。 構(gòu)件應(yīng)按其表面銹蝕腐蝕的檢查結(jié)果評定正常使用性的級別。（參考GB50292-1999_5.3.4）
2．檢測技術(shù)研究
根據(jù)上述評定依據(jù)和指標(biāo)，鋼結(jié)構(gòu)適用性檢測主要包括以下內(nèi)容：構(gòu)件的變形與損傷、構(gòu)件間的連接（焊縫，螺栓）、結(jié)構(gòu)整體的靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形。對應(yīng)檢測指標(biāo)：構(gòu)件撓度、主體傾斜度、結(jié)構(gòu)水平位移、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變形、構(gòu)件連接情況、開裂和銹蝕情況。對各指標(biāo)的檢測技術(shù)簡述如下。（主要參考建筑變形測量規(guī)范JGJ8-2007）
2.1．撓度檢測
鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件（梁、柱）的撓度可采用激光測距儀、水準(zhǔn)儀或拉線等方法進(jìn)行檢測。當(dāng)觀測條件允許時(shí)，亦可用撓度計(jì)、位移傳感器等設(shè)備直接測定撓度值。
2.2．結(jié)構(gòu)主體傾斜檢測
結(jié)構(gòu)主體的傾斜檢測包括測定結(jié)構(gòu)頂部觀測點(diǎn)相對于底部固定點(diǎn)或上層相對于下層觀測點(diǎn)的傾斜度以及傾斜速率。結(jié)構(gòu)的傾斜，可采用經(jīng)緯儀、激光定位儀、三軸定位儀或吊錘的方法檢測。
當(dāng)從結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的外部觀測主體傾斜時(shí)，宜選用下列經(jīng)緯儀觀測法：投點(diǎn)法，測水平角法，前方交會法；當(dāng)利用建筑或構(gòu)件的頂部與底部之間的豎向通視條件進(jìn)行主體傾斜觀測時(shí)，宜選用下列觀測方法：激光鉛直儀觀測法，激光位移計(jì)自動(dòng)記錄法，正、倒垂線法，吊垂球法；當(dāng)建筑立面上觀測點(diǎn)數(shù)量多或傾斜變形量大時(shí)，可采用激光掃描或數(shù)字近景攝影測量方法。
2.3．結(jié)構(gòu)水平位移檢測
結(jié)構(gòu)的水平位移可以采用激光準(zhǔn)直法測定，也可采用測邊角法測定。當(dāng)測量檢測點(diǎn)任意方向位移時(shí)，可視檢測點(diǎn)的分布情況，采用前方交會或方向差交會及極坐標(biāo)等方法。對于檢測內(nèi)容較多的大測區(qū)或檢測點(diǎn)遠(yuǎn)離穩(wěn)定地區(qū)的測區(qū)，宜采用測角、測邊、邊角及GPS與基準(zhǔn)線法相結(jié)合的綜合測量方法。
2.4．結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變形檢測
對于結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)變形，應(yīng)測定其一定時(shí)間段內(nèi)的瞬時(shí)變形量。動(dòng)態(tài)變形測量方法的選擇可根據(jù)變形體的類型、變形速率、變形周期特征和測定精度要求等確定，并符合下列規(guī)定：
a對于精度要求高、變形周期長、變形速率小的動(dòng)態(tài)變形測量，可采用全站儀自動(dòng)跟蹤測量或激光測量等方法；
b對于精度要求低、變形周期短、變形速率大的建筑，可采用位移傳感器、加速度傳感器、GPS動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分測量等方法；
c當(dāng)變形頻率小時(shí)，可采用數(shù)字近景攝影測量或經(jīng)緯儀測角前方交會等方法。
2.5．結(jié)構(gòu)連接檢測
2.5.1．焊縫檢測
焊縫檢測有兩種方法：普通方法(指外觀檢查、測量尺寸、鉆孔檢查等)和精確方法(指在普通方法的基礎(chǔ)上，用X射線、超聲波等方法進(jìn)行的補(bǔ)充檢查)。對于重要結(jié)構(gòu)或要求焊接金屬強(qiáng)度等于被焊金屬強(qiáng)度的對接焊縫，必須用精確方法進(jìn)行檢查：a超聲波探傷。超聲波是目前使用最為廣泛的探傷方法。利用超聲波的強(qiáng)穿透力，良好的方向性和傳播過程中遇到不同介質(zhì)的分界面時(shí)所發(fā)生反射、折射、繞射和波形轉(zhuǎn)換等特性，可探測到尺寸約為其波長1/2的極小的內(nèi)部缺陷，對材料內(nèi)部缺陷反映也較靈敏，但對缺陷的性質(zhì)不易識別。b 射線探傷。射線探傷系指采用X射線，γ射線進(jìn)行拍片檢查。通過觀察底片上的影像，能判斷焊縫內(nèi)部有無缺陷，以及缺陷的種類、大小和所在位置。是目前檢查焊縫最可靠的方法。
2.5.1．螺栓檢測
對于螺栓對結(jié)構(gòu)適用性影響的檢測主要依靠外觀檢查，看其是否存在螺桿剪斷、彎曲，孔壁承壓破壞，板件端部剪壞、拉壞等現(xiàn)象。
2.6．裂縫、銹蝕檢測
對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂紋或缺陷，可采用渦流、磁粉和滲透等無損檢測技術(shù)檢測。a. 渦流檢測。在檢測中，若構(gòu)件無缺陷，在激勵(lì)作用下被測件內(nèi)感應(yīng)出的渦流流動(dòng)呈現(xiàn)同一形狀；若被測件上有缺陷，如裂紋時(shí)，就破壞了原來渦流流動(dòng)的路徑，使其發(fā)生畸變，渦流磁場也隨之發(fā)生變化。b. 磁粉檢測。檢測時(shí)可將鐵磁性材料的粉末撒在構(gòu)件上，在有漏磁場的位置磁粉就被吸附，從而形成顯示缺陷形狀的磁痕，磁粉檢測能比較直觀地檢測出缺陷。這種方法是應(yīng)用最早、最廣泛的一種無損檢測方法。它分為干法(將磁粉直接撒在被測構(gòu)機(jī)表面)和濕法(將磁粉懸浮于載液如水或煤油之中形成磁懸液噴撒于被測構(gòu)件表面)兩種，磁料檢測方法簡單實(shí)用，能適用于各種形狀和大小以及不同工藝加工制造的鐵磁性金屬材料表面缺陷檢測，但不能確定缺陷深度。c. 滲透檢測。檢測時(shí)，首先將具有良
好滲透力的滲透液涂在被測構(gòu)件表面，由于滲透和毛細(xì)作用，滲透液便滲入構(gòu)件上開口型的缺陷當(dāng)中，然后對構(gòu)件表面進(jìn)行凈化處理，將多余的滲透液清洗掉，再涂上一層顯像劑，將滲入并滯留在缺陷中的滲透液吸出來，就能得到被放大了的缺陷的清晰顯示，從而達(dá)到檢測缺陷的目的。滲透檢測可同時(shí)檢出不同方向的各類表面缺陷，但不能檢測非表面缺陷。
鋼材銹蝕的檢測采用超聲波測厚儀。超聲波測厚儀采用脈沖反射波法。超聲波從一種均勻介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，在界面上會發(fā)生反射，測厚儀可測出探頭自發(fā)出超聲波至收到界面發(fā)射回波的時(shí)間。超聲波在各種鋼材中的傳播速度可查表或通過實(shí)測確定，由波速和傳播時(shí)間就可計(jì)算出鋼材的厚度。對于數(shù)字超聲波測厚儀，厚度會直接顯示在顯示屏上。
2.7．自主研發(fā)的無線位移檢測系統(tǒng)
振弦式位移計(jì)可以測量結(jié)構(gòu)物伸縮縫或裂縫的開合度（變形），并同時(shí)測量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。經(jīng)改裝加工部分配套附件可組成多點(diǎn)位移計(jì)、表面裂縫計(jì)等測量變形的儀器。其特點(diǎn)有：長期穩(wěn)定、靈敏度高、溫度影響小、不銹鋼結(jié)構(gòu)、高防水性能、同時(shí)測量溫度、不受長電纜影響，適用于自動(dòng)化監(jiān)測。當(dāng)結(jié)構(gòu)物伸縮縫或裂縫的開合度（變形）發(fā)生變化時(shí)，會使位移計(jì)左、右安裝座產(chǎn)生相對位移，該位移傳遞給振弦，使振弦受到應(yīng)力變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激撥振弦并測量其振動(dòng)頻率，頻率信號經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，再經(jīng)換算即可得到被測結(jié)構(gòu)物伸縮縫或裂縫相對位移的變化量。同時(shí)由位移計(jì)中的熱敏電阻可同步測出埋設(shè)點(diǎn)的溫度值。
3．評定方法研究
對于鋼結(jié)構(gòu)的適用性極限狀態(tài)，能否正常使用的界限是非常模糊的，確定正常與否很大程度上依賴于工程經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)可靠性理論，與承載力極限狀態(tài)方程類似，采用同樣的簡化方程，只考慮兩個(gè)基本變量，適用性極限狀態(tài)方程可寫為
Z=R-S.
式中，Z為空間結(jié)構(gòu)適用性的功能函數(shù)；R為廣義抗力，S為效應(yīng)。那么空間結(jié)構(gòu)的適用性可靠度指標(biāo)β定義為
β=Φ(PR)=Φ(1-Pf)=Φ-1-1-1(1-⎰0-∞f(Z)dZ. )
對于常見的指標(biāo)
(1) 基于撓度：
Z=[f]-αff.
其中，[f]是撓度容許值，f是實(shí)際撓度測量值，αf是撓度不定系數(shù)。
(2) 基于裂紋寬（深）度：
Z=[ωmax]-αωωmax.
其中，[ωmax]是裂紋最大寬（深）度的容許值，ωmax是其實(shí)測值，αω是裂
紋不定系數(shù)。
對于不同指標(biāo)可以寫出不同的適用性的極限狀態(tài)方程，類似地，對于某一個(gè)指標(biāo)X，其適用性狀態(tài)方程都可以表示為
Z=[X]-αXX.
進(jìn)而根據(jù)狀態(tài)方程表達(dá)式求得可靠度指標(biāo)β，從而評價(jià)了結(jié)構(gòu)關(guān)于指標(biāo)X的適用性。
上述方法適合分析影響鋼結(jié)構(gòu)適用性的各項(xiàng)指標(biāo)。
根據(jù)以上的評定理念可以將鋼結(jié)構(gòu)的適用性等級劃分為I、II、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)
等級。
I級：完全滿足規(guī)范要求，建筑使用功能和設(shè)備與設(shè)施的正常運(yùn)行得到保障，經(jīng)評定繼續(xù)使用期內(nèi)可靠性指標(biāo)應(yīng)大于1.8-2.0，保證率應(yīng)大于96％-98％．
II級：個(gè)別位置的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可能出現(xiàn)超過規(guī)范的限值，但并未出現(xiàn)超過正常使用極限狀態(tài)的限值的情況，建筑的功能和設(shè)備與設(shè)施的正常運(yùn)行沒有受到影響，經(jīng)評定繼續(xù)使用期內(nèi)可靠性指標(biāo)應(yīng)大于1.0，保證率應(yīng)大于85％。
Ⅲ級：結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的某些指標(biāo)明顯超過某些規(guī)范的限值，存在超過正常使用極限狀態(tài)的現(xiàn)象，但建筑的功能和設(shè)備與設(shè)施的正常運(yùn)行尚未受到明顯的影響。經(jīng)評定繼續(xù)使用期內(nèi)可靠性指標(biāo)應(yīng)小于1.0，保證率應(yīng)小于85％。
Ⅳ級：構(gòu)件和設(shè)施已經(jīng)出現(xiàn)適用性問題，應(yīng)該進(jìn)行處理。
對于適用性為Ⅳ級，建筑使用功能已構(gòu)成影響的結(jié)構(gòu)應(yīng)立即進(jìn)行處理；對于適應(yīng)性為II、Ⅲ級，應(yīng)加強(qiáng)檢測。當(dāng)變形量或變形速率出現(xiàn)異常、變形不穩(wěn)定且變化趨勢不明確時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行處理。
