钢结构工程的管理与维修

1、教学目标教学目标 知识目标：知识目标： 了解钢结构常见的缺陷和维修方法，钢结构变形的维修；掌握钢构件加工制作、安装使用时的缺陷，钢结构腐蚀的部位和程度，重点是钢结构连接损坏的维修方法，钢结构涂层维护和加固方法 能力目标：能力目标：能够分析钢结构的材质、施工和设计方面的缺陷，采取适当的维修措施。 主要问题：主要问题： 1、钢结构的缺陷与损坏的类型和原因？ 2、钢结构的维修与维护方法？ 3、 钢结构的加固方法？第一节钢结构锈蚀的危害与维修第一节钢结构锈蚀的危害与维修一、锈蚀病害的产生机理和危害性一、锈蚀病害的产生机理和危害性(一)钢结构锈蚀病害的产生机理 钢结构锈蚀的机理有化学锈蚀和化学锈蚀两种。

2、(二)锈蚀的危害性 锈蚀对钢结构的破坏不仅表现为构件有效截面的减薄上，还表现在件表面产生“锈坑”上。 二、钢结构锈蚀的等级划分二、钢结构锈蚀的等级划分钢结构的锈蚀程度分为四个等级： A级：良好程度。 B级：局部锈蚀程度。 C级：较严重锈蚀程度。 D级：严重锈蚀程度。 三、防止钢结构锈蚀的方法三、防止钢结构锈蚀的方法 通常采用的有以下几种： 1.采用不易锈蚀的合金钢制作钢结构 2.化学氧化层防护法 3.采用金属镀层防护法 4.非金属的涂层保护法四、钢结构的非金属涂层防护四、钢结构的非金属涂层防护( (一一) )涂层防护的机理涂层防护的机理涂层中的涂料具有以下作用：涂层中的涂料具有以下作用： (1

3、)涂料具有坚实致密的连续膜，可使钢结构的构件同周围有害介质相隔离。 (2)含有碱性颜料的涂料(如红丹漆)具有钝化作用，使铁离子很难进入溶液，阻止钢铁起阴极反应。 (3)把含有大量锌粉的涂料(如富锌底漆)涂刷在钢铁表面，在发生电化学反应时，由于比钢铁活泼的锌粉成为阳极，而钢铁成为阴极，保护了钢铁。 (4)一般涂料都具有良好的绝缘性，能阻止铁离子的运动，故使腐蚀电流不易产生，起到保护钢铁作用。 (5)用于特殊用途的涂料，通过添加特殊成分，可具有耐酸、耐碱、耐油、耐火、耐水等功能。例如在涂料中加入片状颜料云母氧化铁，涂料就可具有耐酸、耐碱等功能。( (二二) )涂层破坏的原因涂层破坏的原因 1.渗透

4、锈蚀 2.隙缝腐蚀 3.在基层清理、涂料选用和涂刷工艺质量都符合技术要求时，由于涂层与基层膨胀系数不同，反复的胀缩作用也可以使涂层损坏、脱落或产生裂纹。 ( (三三) )涂层日常维修时的要求涂层日常维修时的要求 要搞好对钢结构防护涂层的日常维修，就必须从以下几点入手： (1)必须保持钢结构表面的清洁和干燥，对钢结构易积尘的地方(如钢柱脚处、节点板处)应定期清理。 (2)定期检查钢结构防护涂层的完好状况，凡出现下列情况之一者应及时进行维修： 1)发现涂层表面失去光泽的面积达到90。 2)涂层表面粗糙、风化、干裂的面积达25。 3)涂层发生漆膜起泡且构件有轻微锈蚀的面积达40。 (3)受高温和高温

5、影响的钢结构部位应加设防护板，起到保护涂层免遭高温破坏的作用。 (4)尽量避免构件与有侵蚀作用的物质接触，对于已经接触的应及时清理。五、钢结构锈蚀病害的检查五、钢结构锈蚀病害的检查 在对钢结构作定期检查时应特别注意对易锈蚀部位的检查。易锈蚀部位主要有： (1)油漆难于涂刷处。如型钢组合截面的净空小于120mm处，角钢组合截面的背与背连接处。见图53 (2)厂内侵蚀性介质的聚集处、湿度大且易积灰尘处、可能漏雨处。如钢结构中各大型构件之间的连接节点处、天窗架的挡风板处。见图54。(3)截面的外型形状复杂且截面厚度小的薄壁构件。(4)与木材等其它材料结合的缝隙等隐蔽部位。(5)自然地面附近。(6)埋

6、入地下的钢结构又未包混凝土保护层的，埋设在砖墙内的钢结构支座部分。易锈蚀部位主要有：易锈蚀部位主要有：六、涂层的修复与更新六、涂层的修复与更新( (一一) )构件表面的除锈构件表面的除锈 在钢结构维护工程的施工中，表面清理工作主要包括除锈和清除旧漆膜。 一般采用的方法主要有： 1.人工除锈 2.机动除锈 3.喷砂除锈 4.用酸洗膏除锈 ( (二二) )国际上常用的除锈质量标准国际上常用的除锈质量标准1.对于人工除锈 在除锈之前先清除表面的污垢，并铲除厚锈。St1级：级：用钢丝刷轻刷。St2级级:彻底地用铲刀铲刮，用钢丝刷刚擦，除去疏松的氧化皮、铁锈和其它杂物，清理后的构件表面应具有淡淡的金属光

7、泽。St3级级：用铲刀非常彻底地铲刮构件表面后，用钢丝刷子刷擦，使构件表面的除锈效果比St2级更为彻底，清理后的构件表面应具有明显的金属光泽。2.2.对于喷砂除锈对于喷砂除锈SalSal级级：轻度喷砂除去构件表面疏松的氧化皮、铁锈及其它杂物。Sa2Sa2级：级：彻底地喷砂除去几乎所有的氧化皮、铁锈和其它杂物，使构件表面稍呈灰色。Sa2Sa2级：级：非常彻底地喷砂使构件表面的氧化皮、铁锈和其它杂物仅剩有轻微的点状或条纹痕迹。Sa3Sa3级：级：喷砂除锈到出白，构件表面具有均匀一致的金属光泽。 人工除锈不宜低于St3级，对附着力强的油漆，允许放宽到St2级。喷砂除锈一般只要求不低于Sal级。( (

8、三三) )构件表面旧漆模的清理构件表面旧漆模的清理具体措施有：具体措施有： 1.如旧漆膜坚固完整 构件表面附着良好，可用肥皂水或稀碱水将旧漆膜表面的杂质去除干净，用清水冲洗揩干，经打磨后就可涂刷上漆。 2.如旧漆膜大部分与构件附着良好 局部须清除时，除按以上方法清洗干净外，还应经过上腻子、打磨、补漆等工序，力求做到该处与旧漆膜平整一致，颜色相同。 3.如旧漆膜大部分已经破损脱落，需将其全部彻底清除，清除方法有下列几种：(1)火喷法。(2)碱水清洗法。 (3)刷脱漆剂法 (4)涂脱漆膏法 ( (四四) )涂层的设计涂层的设计 涂层的设计方案中主要内容包括：涂料品种的选择、涂层结构的设计、涂装施工

9、方法等。1.涂料品种的选择 一般情况下涂料是一种含油的或不含油的胶体溶液，它分为底漆和画漆两大类。选择时应充分考虑以下几点要求： (1)应考虑涂料的使用环境与适用范围相一致。 (2)应考虑涂料的正确配套。 (3)应考虑基层、底漆、面漆之间的枯结力及底漆对基层是否有腐蚀作 用。 (4)要考虑施工条件的可能性。 (5)要考虑施工条件的可能性。 (6)选择涂料时应考虑在施工过程中涂料的稳定性、毒性及所需的温度 条件。 (7)注意涂料的色彩与周围环境的协调性。 常用防锈底漆、面漆及有特殊用途的常用防腐蚀漆分别列于表51、表52、表53中。2.2.确定合理的涂层结构确定合理的涂层结构 (1)涂层的结构组

10、成及作用。主要由底漆、腻子、二道底漆、面漆、罩光面漆组成，各层次结构中的作用： (2)涂层厚度。为了保证漆膜具有合理的致密性、耐久性和抗老化能力，漆膜总厚度应符合设计要求。 1)如果施工中设计无具体要求时，漆膜总厚度一般按室外125175m、室内按100150m来处理。 2)计算求得。涂刷后的漆膜厚度可用下式求出： 所耗涂料量固体的质量分数 厚度1000固体的密度涂刷面积式中厚度单位为m所耗涂料量单位为g，固体的质量分数用表示，固体的密度单位为kgm3，涂刷面积单位为m3。3)测定法。 除了用计算公式可求出漆膜厚度外。有条件时还可直接使用干漆膜测厚仪来测出漆膜的厚度。如果漆膜总厚度达不到要求，

11、可采取增涂底漆的遍数来保证漆膜总厚度。如果采用新兴的厚浆型油漆作为二道底漆，也是有效增加漆膜总厚度的好方法同时还可起到填平作用，一举两得。3.3.涂装施工的方法及注意事项涂装施工的方法及注意事项 (1)涂装施工的方法： 在维修工程中常用的方法有两种，即涂刷法和喷涂法。(2)注意事项。 1)涂漆前应对基层进行彻底清理，并保持干燥，在不超过8h内，尽快涂头道底漆。 2)涂刷底漆时，应根据面积大小来选用适宜的涂刷方法。 3)涂刷面漆时，应按设计要求的颜色和品种的规定来进行涂刷，涂刷方法与底漆涂刷方法相同。 4)涂刷环境 5)应正确配套使用稀释剂。 关于涂装施工中常见的缺陷、产生的原因以及预防的法请参

12、见表54。 关于钢结构涂装工程质量检验标准请参见表55。( (三三) )常用涂层施工方案及应用举例常用涂层施工方案及应用举例1.几种防锈方案(1)第一方案，“66”灰色户外面漆方案(2)第二方案，C0442醇酸漆方案2.几种防腐蚀方案(1)第一方案，过氯乙烯防腐漆方案(2)第二方案，F50l灰色耐酸漆方案(3)第三方案，H523环氧耐酸漆方案 第二节第二节 钢结构其它钢结构其它病害的检查与维修病害的检查与维修检查：检查： (1)焊缝、螺栓、铆钉等连接处是否出现裂缝、松动、断裂等现象。 (2)各杆件、腹板、连接板等构件是否出现局部变形过大，有无损伤现象。 (3)整个结构变形是否异常，有无超出正常

13、的变形范围。一、焊缝、螺栓、铆钉等一、焊缝、螺栓、铆钉等连接的病害检查及处理方法连接的病害检查及处理方法( (一一) )焊缝病害的检查及处理方法焊缝病害的检查及处理方法 对焊缝的检查，应着重注意焊缝在使用阶段是否产生裂纹，同时兼顾寻找焊缝设计与施工遗留下来的缺陷。焊缝常见缺陷见图55。1.1.对焊缝幸而病害检查常用的方法有对焊缝幸而病害检查常用的方法有：(1)外观检查。(焊缝外观检查质量标准见表56。)(2)钻孔检查。(3)硝酸酒精浸蚀法检查 (4)超声波、X射线、射线检查 此种方法检查过的焊缝质量最可靠，建议有条件的房管部门尽量采用此种方法。X射线检验焊缝质量标准参见表57和表58。(5)特

14、别应注意： 动力荷载和交变荷载及拉力可使有缺陷的焊缝迅速开裂，造成严重后果。所以对受动力荷载和交变荷载作用的结构，及构件上拉应力区域，应严加检查，以防出现遗漏。2.2.焊缝病害的处理方法焊缝病害的处理方法 (1)对于焊缝开裂现象，应分析裂纹的性质，凡属于在使用阶段中产生的裂纹，都必须查明原因，进行综合治理，彻底消除病害。 (2)对于属于焊缝设计上的缺陷，如焊缝尺寸或焊脚尺寸不足，应经正确的理论计算后，重新没计合理的尺寸。 (3)对于焊缝有未焊透、夹渣、气孔等缺陷时，应重焊； (4)对于焊缝有咬肉、弧坑时应补焊； (5)对于焊瘤处应彻底铲除重焊。( (二二) )螺栓与铆钉连接的检查和维护螺栓与铆

15、钉连接的检查和维护1检查方法有： (1)对于螺栓的检查 ，一般采用目测、手锤敲击，扳手试扳等方法来进行。 (2)对于有裂纹或已经断裂的螺栓，应查明破坏原因，作详细记录并及时更换。 (3)对于铆钉的检查，可用一只手贴近钉头，另一只手持手锤自钉头侧面敲击 2.螺栓和铆钉连接的修复和处理 一般是在不卸载情况下进行。 二、结构变形和构件病害的检查和处理二、结构变形和构件病害的检查和处理( (一一) )构件的裂纹及机械损伤的检查和处理构件的裂纹及机械损伤的检查和处理 一般构件的机械损伤均因强烈的破坏造成的，其易发生在机械运动通道位置处。1.对钢结构裂纹的检查所采用的主要方法是观察法和敲击法。 2.2.对

16、于裂纹的修复可采用如下步骤进行对于裂纹的修复可采用如下步骤进行： (1)先在裂纹的两端各钻一个直径与钢板厚度相等的孔，并使裂纹的端落人孔中，这样作的目的是防止裂纹继续扩展。 (2)对两钻孔之间的裂纹要进行焊接，焊接时可根据构件厚度将裂纹边缘用气割加工成不同型式的坡口，以保证焊接的质量。当厚度小于6mm时，采用I形(即不开坡口)；当厚度大于6mm而小于14mm时，采用V形坡口；当厚度大于14mm时需采用X形坡口。见图5-1.。 (3)将裂纹周围金属加热到200后，用E43型(钢板材质为低碳钢)或E55型(钢板材质为锰钢)焊条焊合裂纹。 (4)如果裂纹较大，对构件强度影响很大时，除焊合裂纹外，还应

17、加金属盖板用高强度螺栓连接加固。( (二二) )钢结构变形的检查和处理钢结构变形的检查和处理1.引起钢结构变形过大的主要因素有： (1)钢结构实际所承受的荷载超出钢结构设计时所允许承受的最大荷载(俗称“过载”)。 (2)长时间承受动力荷载的冲击。 (3)自然灾害的影响(如地震)或由于地基基础沉降不均匀。 (4)使用保养不当或由于机械损伤使钢结构中的构件断裂而退出工作，造成钢结构受力失衡而出现异常变形。2.2.检查方法检查方法 检查的主要内容和方法有：检查的主要内容和方法有： (1)对钢结构的梁和桁架进行目测检查时，当发现桁架下弦挠度过大，桁架平面出现扭曲。 (2)用线锤和经纬仪可以对钢结构的柱

18、子进行变形检查。图5-9 (3)对连接板、腹板等小型板式构件可采用直尺靠近方法进行比较测量。 (4)对于以弯曲变形为主的细长杆件进行变形检查时，可采用细铁线在杆件的两端选点张拉，测出变形数据。3.3.对钢结构变形的技术处理对钢结构变形的技术处理 (1)一般情况下，当测得的钢结构变形数据超过下面规定的标准时，就可认为结构存在异常变形，需对钢结构进行必要的技术处理。 (2)处理方法。 1)对于变形不太大的杆件，可用板钳或整直器进行矫 正； 2)对于板式构件或有死弯变形的杆件，可用千斤顶来 矫正；条件允许时可用氧乙炔火焰烤后矫正。 3)如果钢结构出现整体变形(如柱子倾斜、屋架扭 曲)，除及时矫正变形

19、外。还应根据变形成因采取合 理的加固补强措施。第三节第三节 钢结构的加固措施钢结构的加固措施1.1.钢结构加固的主要原因有：钢结构加固的主要原因有： (1)由于钢结构使用功能的改变，添增设备，使钢结构实际承受的荷载超过设计荷载。 (2)遭受意外的损害，如战争破坏、火灾、地震等，使结构发生损坏。 (3)钢结构制造过程中。混入了劣质钢材，使制造出的构件达不到设计标准。 (4)地基基础沉降不均，建筑的墙、柱发生异常变形。使钢结构产生异常变形或损伤。 (5)由于设计、施工方面所造成的缺陷，影响到钢结构的强度、刚度或稳定性。如桁架节点板设计时，未考虑到施工拼装误差而造成侧焊缝长度不足。 (6)钢结构在长

20、期的使用过程中，发生锈蚀或其它机械损伤，使构件断面被削弱，造成钢结构的承载能力的下降。2.2.制定时还应注意以下事项：制定时还应注意以下事项： (1)加固的连接方式应以焊接为主，但避免采用不利焊位(如仰焊)。 (2)在不能采用焊接(如考虑防火)或施焊有困难时，可采用高强度螺栓或铆钉加固，但不得采用普通螺栓加固。 (3)结构加固应在原位置上，利用原有结构在卸载或局部卸载情况下进行，必要时也可将原结构卸下加固。 (4)加固施工时，原有构件的应力不宜大于其容许应力的60，如果应力超过60而小于80时，必须先确定出安全可靠的施工方案(如设临时支撑等)然后再进行加固；当应力超过80时，应卸去结构的部分荷

21、载后再进行加固。 (5)对轻型钢结构杆件进行焊接加固时，应卸掉结构的荷载。 (6)当用铆钉或螺栓在承载状态下加固时，原有构件因钻孔而削弱后的截面应力不得超过其设计时的容许应力。一、钢结构加固的形式一、钢结构加固的形式( (一一) )局部加固局部加固1.加大构件横截面面积 对于钢结构中所存在的个别薄弱构件，在不改变整个结构的应力分布情况下，可对其加焊型钢来增加横截面面积。如右图所示。2.2.缩短构件的自由长度缩短构件的自由长度 对于稳定性不足的屋架及托架进行加固时，可采取增设再分式腹杆，减小两支点间的构件长度的方法。如下图所示。另外 ，还可以考虑采用加设预应力拉杆。3.3.对连接处和节点进行加固对连接处和节点进行加固 对连接处和节点进行加固，主要是对焊接连接的焊缝和螺栓连接的螺栓及铆接连接的铆钉进行加固。(1)焊缝的加固方法 1)加长焊缝的长度。 2)加大焊脚尺寸。 3)补焊短斜板， 如图512所示。(2)(2)铆接或螺栓连接的加固方法铆接或螺栓连接的加固方法 1)增加螺栓或铆钉的数目，增加多少要根据强度条件计算后决定。 2)增大铆钉的直径或用高强螺栓代替原来铆钉。要求扩孔后的铆钉与铆钉、螺钉与铆钉之间的间距应大于3d( d为较大螺栓或铆钉的孔径)。 3)对原铆接连接节点。可采用贴边焊缝进行焊接加固。此时焊缝强度应按承受全部内力计算。( (二二) )全面加固全面加固常用的有如