殘余應力超聲無損檢測與調控技術在鋼結構建設中的應用
更新時間：2021-04-10 17:51
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隨著科學技術的進步，建筑領域上大跨度、大空間以及多用途的要求開始增多，鋼結構材料強度高、結構自重輕、良好的延性與抗震性能、工業(yè)化程度高且施工速度快等優(yōu)點就顯現(xiàn)了出來。
其中焊縫連接是現(xiàn)代鋼結構建筑中最主要的連接方式，它的優(yōu)點是構造簡單，任何形式的構件都可直接相連，用料經(jīng)濟，不削弱截面，制作加工方便，即可手工施焊也可實現(xiàn)自動化操作；連接的封閉性好，結構剛度大，整體性較好。
目前在工業(yè)與民用建筑結構中, 焊接結構已占絕對優(yōu)勢。
然而，焊接過程中的不均勻加熱會在鋼結構焊接構件的內部產(chǎn)生應力，在焊縫附近的熱影響區(qū)內，鋼材的金相組織會發(fā)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(chǎn)生不均勻的內部膨脹，冷卻后在焊縫長度方向、垂直于焊縫長度方向及母材厚度方向上都會產(chǎn)生殘余應力；焊接殘余應力和殘余變形使鋼結構在受力時變形增大，鋼結構的剛度和穩(wěn)定性以及結構的抗疲勞強度、抗脆斷能力、抗應力腐蝕開裂及形狀尺寸的穩(wěn)定性都將大大下降。
同時，在材料表面積聚的殘余應力會使材料表面形成表面裂紋或者近表面裂紋，這種隱藏在材料和構件近表面的缺陷往往是導致斷裂的元兇，更具隱蔽性和危險性。
所謂殘余應力，簡單地說是指消除外力或不均勻的溫度場等作用后仍留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余應力的影響，并且找出相應的對策，這對于保障生產(chǎn)、穩(wěn)定鋼結構質量等都有極其重要的意義。
對大型的結構復雜、彎扭構件多的鋼結構工程，控制其施工過程中的結構變形和消除運營階段的結構變形一直是工程建設的重要內容。
殘余應力檢測可以及時地檢測出鋼結構件中殘余應力的大小、方向，然后根據(jù)檢測數(shù)據(jù)的大小以及危害程度采取有效的措施（比如殘余應力的調控技術），可以很好地處理由于焊接產(chǎn)生的應力變形，以增加鋼結構件的使用壽命。
在北京新機場的建設中，航站樓核心區(qū)東西寬568m，南北長454m，面積 18萬平方米。核心區(qū)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部分組成，屋蓋造型復雜，猶如鳳凰展翅，為不規(guī)則自由曲面鋼網(wǎng)格結構。
鋼結構用鋼量 5 萬多噸。天窗范圍采用鋼桁架結構，部分區(qū)域設置 X 型拉索支撐。總共用了 6 萬多根鋼架，1 萬多個連接球，以上主要靠8組C型柱支撐， 而且采用先卸載后合攏的新穎吊裝工藝，同時，所有結構都是通過焊接連接起來的。
這樣所有的焊接件在焊接之后、結構件在卸載之前和卸載之后以及區(qū)塊之間合攏之后，鋼結構件中的殘余應力分布情況，是否符合設計的要求，是否會對后續(xù)的使用存在隱患，都是設計和制造方高度關注的問題。
而其影響因素貫穿整個施工過程，甚至于包括氣溫和濕度，只有通過殘余應力的檢測分析才能得出結論。
殘余應力檢測在鋼結構橋梁建設中也發(fā)揮著重要作用。
目前，我國鋼桁梁橋的跨徑仍未突破300米，三官堂大橋建成后將成為首個超400米的主跨，這也是世界上跨徑最大的連續(xù)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(xiàn)，也可以通過各種熟知的手段處理并控制在設計和標準規(guī)范允許的范圍內。但是殘余應力的存在情況，對后續(xù)的使用是否會有隱患，也是建設者關心的問題。
殘余應力檢測不僅在鋼結構建設過程中發(fā)揮著不可替代的質量管控的優(yōu)勢，在鋼結構建筑服役期間也同樣起著重要作用。鋼結構建筑在使用過程中，隨著各種荷載的變化，結構件內部的應力也在發(fā)生變化，當內部的應力達到屈服點時，會對結構的剛度、穩(wěn)定性、強度等造成影響，甚至出現(xiàn)應力腐蝕裂紋。
殘余應力檢測這項新技術在鋼結構建設中的逐步推廣和應用，使得鋼結構件質量控制手段得到了提升，對鋼結構件的質量要求又上升到了更高的層面。該技術可為鋼結構建筑優(yōu)質建設、安全使用保駕護航。
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