钢结构粮库：南方地区普降大雪，导致许多钢结构粮库发生坍塌。对某商务城钢结构粮库在发生雪灾后进行检测与鉴定，根据检测及计算结果分析该结构倒塌原因。
钢结构粮库作为一种承重结构，由于其自重轻、强度高、塑性及韧性好、抗震性能优越、工业装配化程度高、综合经济效益显著、造型美观以及符合绿色建筑等众多优点，深受建筑师和结构工程师的青睐，被广泛应用于各类建筑中。但钢结构自身的一些弱点，例如：耐火性能差、对荷载比较敏感、易腐蚀等，使得世界范围内的钢结构粮库事故屡有发生‘1。胡。2008年初，我国南方地区遭受雪灾，给许多钢结构粮库带来了严峻的考验。本文对某商务城内多个钢结构粮库（其中3个倒塌）进行了雪灾后检测与鉴定，分析其受损程度和倒塌原因。
1 工程概况
本项目为某商务城展览馆，共9个区，平面布置见图1。建筑建于2003年，总面积约为13 205m2，
建筑高度为10. 200～15. 228 m。
钢结构粮库结构形式基本相同，工程结构形式为钢管混凝土柱及门式刚架结构。屋面双坡，坡度约为1/20，较大坡长84.5m，其中钢梁与钢柱为刚接，钢结构粮库中钢柱柱脚与基础为铰接。铜架结构主材及辅材均采用Q230 -B级钢材；檩条采用Q235-A级钢材并做镀锌处理；采用M20，10.9级（Pk =155 kN）摩擦型连接高强螺栓；屋面工程采用o．5mm厚V460型彩钢板。
2检测内容
2.1 现场轴网、层高及构件尺寸复核
经现场检测，轴网尺寸、层高及构件尺寸均符合设计要求，误差在正常范围之内。
2.2 钢构件变形检测
1)钢梁挠度测量：现场对结构钢梁进行了挠度检测抽查。抽查检测发现，部分钢梁挠度**出允许挠度值1_/400（L为梁长度）。
2)钢柱垂直度测量：采用变形测量中投点法对钢柱进行测量，测定钢柱**点相应底部的偏移值，柱顶盖板现状角焊缝。经抽查检测发现，主梁与连接板处焊接只有上、下两段长度不到20cm，且焊缝质量较差，个别腹板与连接板处开裂，如图6所示。据分析由于大雪堆积在屋面上，导致过大雪荷载传到梁柱节点处，使连接处开裂。
3)主钢梁与托板连接：按设计要求，刚架构件的翼缘与托板的连接采用全熔透对接焊缝。经抽查发现，大部分钢梁未与托板满焊，其中个别钢梁与托板焊接处开裂。
4)支撑杆与连接板：按设计要求，支撑杆端面连接处需与连接板紧密结合，并具有一定的摩擦面。经抽查发现，支撑杆端面与连接板之间有较大空隙。
5)现场高强螺栓检测：检测人员使用榔头对部分节点处高强螺栓进行了敲击，以此来检查螺栓是否有松动和断裂等现象。
经对柱、梁连接处高强螺栓敲击检测发现，有螺栓7L偏大现象，因螺栓孔径大于螺栓头直径导致螺栓内陷，未能将构件有效连接固定。个别连接处有高强螺栓缺失现象。
2.7钢结构粮库使用荷载调查
检测人员对建筑进行全面检查，其中对钢梁与钢柱**连接处，支撑结构及垫板、托板等连接节点关键部位进行重点抽查。检查结果如下。
1)恒荷载：结合现场检测结果及荷载实际分布情况，按GB50009-2001《建筑结构荷载规范≯规定取值，钢结构屋面恒载（次梁、檩条、拉条、支撑、彩钢板、保温层）取0. 23kN/m2。
2)活荷载：按GB 50009 - 2001中的规定，屋面活载取0. 30 kN/rf12，屋面雪载取0. 25kN/m2，基本风压取0. 45 kN/m2，施工及检修荷载（集中荷载）取1.0 kN。
3计算建模分析
采用中国建筑科学研究院PKPM钢结构软件STS对结构进行了承载力及稳定性验算。
1)少数主钢梁负弯矩端承载不足。
2)15榀框架中有14榀框架的两边主钢柱平面内长细比**限。
钢结构工程施工工艺流程
1、钢结构手工电弧焊焊接工艺流程
作业准备 → 电弧焊接(平焊、立焊、横焊、仰焊) → 焊缝检查
2、扭剪型螺栓连接工艺流程：
作业准备 → 选择螺栓并配套 → 接头组装 → 安装临时螺栓 → 安装螺栓 → 螺栓紧固 → 检查验收
3、大六角度螺栓连接工艺流程：
作业准备 →接头组装→安装临时螺栓→安装螺栓→螺栓紧固→ 检查验收
4、钢屋架制作工艺流程：
加工准备及下料 → 零件加工 → 小装配(小拼) → 总装配(总拼) → 屋架焊接 → 支撑连接板，檩条、支座角钢装配、焊接 → 成品检验 → 除锈、油漆、编
5、钢屋架安装工艺流程：
作业准备 →屋架组拼→屋架安装→连接与固定→检查、验收→除锈、刷涂料
6、钢网架结构拼装工艺流程：
作业准备 →球加工及检验→杆加工及检验→小拼单元→中拼单元→焊接 →拼装单元验收
7、钢网架结构安装工艺流程：
放线、验线 → 安装下弦平面网络 →安装上弦倒三角网络→安装下弦正三角网络→调整、紧固 → 安装屋面帽头→支座焊接、验收
8、焊接球地面安装高空合拢法工艺流程：
放线、验线 → 安装平面网格 → 安装立体网格 → 安装上弦网格 → 网架整体提升 → 网架高空合拢 → 网架验收
9、钢结构防腐涂装工艺流程：
基面清理 → 底漆涂装 → 面漆涂装 → 检查验收
10、钢结构防火涂料涂装工艺流程：
作业准备 →防火涂料配料、搅拌→喷涂→检查验收
钢结构检测技术中脉冲式超声波测裂纹自身高度方法
1.1压力容器裂纹类缺陷的危害性
压力容器不同程度地存在着裂纹类缺陷，断裂力学研究证明，带有尖锐边缘的平面缺陷（如裂纹）危害性较大。同时还证明受压部件中平面缺陷穿过壁厚的径向长度、缺陷距表面及与其它缺陷的距离等都是关键性的重要尺寸，而平行于部件表面的裂纹长度是次要的。据统计锅炉压力容器的损坏大部分是由于工件内部裂纹的扩展所引起的，英国曾对10万个容器进行调查，运行一年共发生132件破坏事故，按事故原因统计，由于裂纹扩展造成的破坏占总数的比例高达89.3%，因而对裂纹的检验和监控显得较为重要。
1.2裂纹高度的超声波检测方法
1.2.1 6dB法
6dB法是超声测量长度的传统方法，通常是探头找到较大峰值后向相反的二个方向水平移动使回波峰值下降一半时的波束中心线距离即为长度，该长度称为指示长度但并非裂纹的真实长度。这种方法可以用来测高，但是误差较大。
1.2.2表面波延时法
对表面开口的裂纹可采用表面波延时法来测量裂纹深度，该法主要是通过裂纹对表面波的延时作用来计算裂纹的深度。但当缺陷内含油或水等液体时，表面波有可能跨越缺陷开口，使测试误差大大增加。此外，缺陷的端部太尖锐接收到超声波信号很低甚至接收不到。缺陷表面过于粗糙也会造成误差增大。
1.2.3端点衍射波法
超声波入射到裂纹面上时，根据惠更斯原理，在裂纹尖端会形成次波源而产生衍射称为衍射波，超声端点衍射法是通过测量裂纹端点衍射回波的延迟时间差值来求得裂纹高度的。但是衍射波的强度很弱难发现，所以用衍射波测量裂纹高度有较大的难度。
1.2.4端点反射波法
入射波入射到裂纹的端点，有一部分将沿着原路反射，称为端点反射回波。端点反射回波法是通过测量主声束入射到裂纹*时，所产生的端点回波声程计算裂纹的高度，从方法上说是比较正确较为可行的方法。
1.3端点反射波法的应用现状
在模拟超声探伤仪上用端点反射法测量裂纹的高度，通常采用深度校准即利用回波声程在垂直方向上的投影长度进行定位。操作工艺的特点是要用试块进行深度线性校准，其实质是一种同高比较法因此其准确度与仪器线性、试块精度和操作工艺有很大的关系。
随着计算机技术的应用，将回波信号数字化能得到回波声程的精确量值。通过相应的数学模型能得到包括垂直高度在内的各种数值，这是本文研究的主题。
2.数字信号处理端点回波声程测量裂纹自身高度方法的研究
2.1 数字处理端点回波声程的原理和应用
常规超声检测对回波声程的测定是通过屏幕上回波所处位置的水平量值来换算的，由于波形的跳动、波形峰值的判断误差、线性调节精度等原因，测定的声程值误差很大。数字信号处理端点回波声程将回波的模拟信号转换为数字信号，根据声速和样点数精确计算得到的。
我们研制了超声信号分析仪和分析软件，能将常规探伤仪的回波模拟信号转换为数字信号，建立了计算不同状态下裂纹自身高度的数学模型，实现了数字化处理得到了裂纹自身高度精确的测量结果。
2.2不同状态裂纹自身高度的计算方法
2.2.1垂直表面开口裂纹
对于垂直表面开口裂纹，其自身(垂直)高度为h，端点回波与根部回波声程分别为w1、w2，探头折射角为β，工件厚度为T，则：
h = （w2- w1）×cosβ
=（w2- w1）× （T / w2）
=（1- w1/ w2）×T ------（1）
不用β值，表面开口裂纹自身高度用（1）式计算可得到较高的精度。
2.2.2垂直表面的内部裂纹
对于垂直表面的内部裂纹，如果上端点和下端点都是由一次波探测到，一次波声程分别为W1和W2，则其自身高度h为：
h = （w2- w1）×cosβ ------（2）
如果上端点是由一次波探测到，而下端点是由二次波探测到，设一、二次波的总声程为L2。如果工件厚度为T，那么L2中一次波声程为：T/ cosβ； 二次波声程为：L2-（T/ cosβ）；则：
W2 = L2-2 ×（L2-（T/ cosβ）） ------（3）
2.2.3倾斜的内部裂纹
对于有倾角的的内部裂纹，如果上端点和下端点都是由一次波探测到，一次波声程分别为W1和W2，则其自身高度h为：
hˊ= （w2- w1）×cosβ ------（4）
如果上端点是由一次波探测到，而下端点是由二次波探测到，且工件厚度为T，那么总声程L2中一次波声程为：T/ cosβ；总声程L2中二次波声程为：L2-（T/ cosβ）；则：
W2 = L2 - 2 ×（L2-（T/ cosβ）） ------（5）
hˊ= （w2- w1）×cosβ
利用公式（1）--（5）进行声程的数字化处理，为提高h 的测量精度，工件厚度T和探头K值必须精确测量。
3.超声信号分析仪和分析软件
超声信号分析仪实际上是一台带有采样装置（频率为30兆）和超声信号接入装置的工控计算机，具有计算机的全部功能。超声信号从TS-6208型超声波探伤仪接入。 软件以 JB 4730-2005标准为依椐。
4.研究结果
4.1模拟裂纹定量测量分析
线切割模拟裂纹试块，用超声信号分析仪和分析软件对其自身（垂直）高度进行测量。测量了64个不同类型的线切割模拟裂纹，实测结果与误差不是很大。4.2自然裂纹定位定量测量分析
总共制作了7块自然裂纹（有表面开口裂纹和埋藏裂纹）试块，用端点反射回波数字信号测量法对其全部检测，并解剖验证，解剖验证的方法如下：
（1） 用常规超声检测方法对裂纹进行定位，在试块表面用细钻头打上标记，显示裂纹长度和位置；
（2） 对试块采用MO丝进行线切割，切割方向垂直于焊缝，间距为1-2mm，且将每一薄片编号；
（3） 对裂纹自身高度较高处及附近切片进行表面抛光处理，并用读数显微镜观察、测量裂纹二端点间的垂直高度值，对自身高度较高处切片做低倍照相记录；
（4） 上述试块端点反射法测量结果，用B显示软件显示裂纹的位置和各项数值，比较实际误差并作误差分析
4.3试块解剖裂纹测量结果与端点反射法测量结果的比较
试块解剖后裂纹实际测量结果与端点反射法测量结果之间存在一定的关系。由于自然裂纹面不是规则的矩形面，其高度起伏变化。所以解剖测量到的和系统检测到的高度都有一定的随机性，所测高度只是其中的一部分，精确的确定检测误差是很困难的。我们按以下三种情况分析检测误差：
（1） 如果系统检测结果在较小垂直高度与较大垂直高度之间，我们认为系统检测结果符合实际状况；
（2） 如果系统检测结果小于较小垂直高度，我们认为系统检测结果具有负误差；
（3） 如果系统检测结果大于较大垂直高度，我们认为系统检测结果具有正误差；
5.结论与展望
（1） 采用声程数字处理技术的端点反射回波法，对提高裂纹自身（垂直）高度测量精度是非常有效的。具有原理简单、测量重复性好、操作方便快捷和实用性强等优点。对于自身（垂直）高度大于等于2mm的平面型缺陷（裂纹类），其测量精度（平均**误差）可控制在1mm以内,相对误差随高度的变化而变化。其精度优于模拟超声探伤仪的深度定位法；
（2） 试验研究表明探头质量对检测精度有一定的影响；
（3） 利用超声信号分析系统，可以扩大试验研究范围，特别是薄壁材料（如小口径管焊缝）的超声检测方面的研究。
钢结构检测应划分为结构构件检测和结构系统检测
一、什么情况下要对钢结构进行检测与鉴定
(1)设计不周或有误：如对工程地质、水文地质尾部和地基情况了解不全，地基承载力估计过高，漏算或少算作用于结构上的荷载。设计人员受力分析概念不清，结构内力计算错误。钢结构设计截面强度等级低于使用要求，或设计连接方法不当，造成承载力不足。
(2)施工质量低劣：如钢结构建筑构件有焊缝不符合要求等缺陷，钢结构构件涂装不当局部或整体产生锈蚀，截面降低；或钢结构的焊接质量或焊缝高度达不到设计要求。
(3)使用或改造不当：如未经核算就在原有钢结构建筑结构上加层或对其进行改造，造成原有钢结构承载力不足，使用过程中任意改变用途加大荷载或随意拆除承重构件。
(4)使用环境影响：如结构长期受到高温、振动、酸、碱、盐、杂散电流等不利因素作用，引起钢结构建筑构件的腐蚀性和损伤等导致钢结构构件截面削弱，承载力下降或出现影响使用的变形。
(5)**期服役：钢结构构筑物年久失修致使结构产生变形或破坏，不能满足当前的使用要求或安全度不足。
(6)由于各种灾害事件的影响使钢结构构件产生变形、扭曲、伤残、凹陷等，致使构件截面削弱，杆件翘曲，连接开裂等。
(7)需要对加固后过钢结构建筑进行进一步维护、保护。
二、钢结构检测与鉴定内容
钢结构检测与鉴定内容主要包括：材料、构件、连接与节点缺陷、结构系统、损伤状况的检测以及安全性、适用性、耐久性及抗震性能鉴定等方面，对有特殊要求的钢结构还应进行专项检测，如火灾后钢构件的检测与鉴定，钢构件疲劳度检测与鉴定，钢结构动力检测与鉴定等。
三、检测鉴定流程与现场检测内容
01 检测鉴定流程
02 现场检测基本工作内容
1）收集相关资料，如工程地质勘查报告、设计图和计算书、设计变更、沉降观测记录、施工记录、材料质保书、材料检验文件、竣工图及竣工验收文件等；
2）了解建筑物建造、使用、损坏及修缮历史，如建筑物的施工、改造、维修、用途变更、使用条件和使用环境改变以及是否受过灾害等；
3）现场基本情况调查及资料核对。当有施工图时，应进行现场校核；若无施工图，应根据结构实际状态绘制测绘图；
4）地基基础的调查、钢结构使用环境的调查、材料性能检测、节点连接状况检测、结构损伤检测、结构变形检测。必要时还可进行结构动力检测以及结构或构件现场荷载试验等。
四、钢结构检测与鉴定评定标准
钢结构可靠性鉴定应划分为结构构件和结构系统两个层次。
01 钢结构构件及节点的可靠性应按安全性、适用性和耐久性分别鉴定，并按下列规定评定等级。
1）钢结构构件节点的安全性等级
2）钢结构构件及节点的适用性等级
3）钢结构构件及节点的耐久性等级
02 钢结构系统的可靠性应按安全性、适用性和耐久性分别鉴定，并按下列规定评定等级。
1）钢结构系统的安全等级
2）钢结构系统的适用性等级
3）钢结构系统的耐久性等级
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