钢结构检测技术的发展现状及展望

方文龙 （安徽省建筑工程质量第二监督检测站，安徽 合肥 230031）

0 引言

钢结构是一种以钢材加工而成的建筑结构类型，该结构所组成的钢材包含诸多优点，如强度高、自重轻、刚度优、抗剪强等，故在一些重要、复杂的建筑工程项目中应用广泛。建筑工程发展到21世纪，钢结构以其诸多优势逐渐取代钢筋混凝土结构，成为建筑基础结构。而其施工质量也关乎着建筑的整体质量与安全性。为保证施工质量与效果符合设计要求，施工过程安全可靠，需要利用钢结构检测技术[1]。目前钢结构检测主要由模拟实验、破坏性实验、无损检测这三类组成[2]。其中模拟实验具有可检测钢结构的整体性的优点，缺点是成本较高、检测周期较长；破坏性实验优点是能够对抽检样品进行精准测试，缺点是无法评估钢结构的整体性，具有一定的局限性；无损检测可对原材料和工件进行较全面的检测，同时具有工艺简单、成本低廉的优点。

1 钢结构检测的方法

大多数建筑工程项目采用钢结构作为其基础结构，为保证钢结构施工质量，提高钢结构的稳定性，需合理运用钢结构检测技术，目前国内外致力于研究的钢结构检测技术主要由磁粉探伤检测技术、射线探伤检测技术、超声波检测技术、涡流检测技术、渗透探伤技术以及三维激光扫描技术这六种组成。

1.1 磁粉探伤检测技术

磁粉探伤检测技术是一种对钢制材料或工件施以磁场，致使其发生磁化，此时在工件表面加上磁粉，由于钢制材料或工件的缺陷处会因为磁力线逸出，形成一个漏磁场，磁粉会在漏磁场作用下汇集而产生磁痕，据此判断表面缺陷的一种探伤方法。该方法的优点是可以高效检测出钢制材料或工件表面存在的缺陷，且具备操作简单，适用范围广等特点，可运用到大型设备和工件上。牛乾等[3]提出将机器视觉和图像处理技术应用于磁痕图像缺陷的智能识别上。

1.2 射线探伤检测技术

射线探伤检测是利用射线可穿透物体以及在不同介质传播过程中的衰减特性差异来检查焊缝内部缺陷的一种方法。根据所用射线的不同可以分为X射线检测、γ射线检测以及高能射线检测三种类型。根据不同射线穿透材料的能力不同，且照相胶片具有感光特性的原理，在对焊缝进行检测时，由于焊缝中的缺陷对射线的吸收能力有所不同，导致落在胶片上的射线强度有差异，而胶片的感光能力也有所不同，据此可直观、准确且无损地显示出缺陷的位置及形态。该方法测试结果直观，适用于各种材料的检测。

1.3 超声波检测技术

超声波探伤是一种利用超声波对材料的穿透力以及在截面分界处的反射特性来检查工件缺陷的方法，发射端发射超声波束进入金属内，会在缺陷与工件底面处形成两种反射波，并在接收端荧光屏幕上显示脉冲波形，缺陷处会显示出特定的脉冲波形，且根据波形特征可判断出缺陷的位置和形态。该种方法可用于检测钢结构构件的内部缺陷，操作简单，可提高检测效率。根据实现原理的差异，超声波探伤技术又细分为脉冲反射法、穿透法和共振法，目前通常使用手提式探测仪来进行钢结构的超声波检测工作[4]。

1.4 涡流检测技术

涡流检测技术是一种通过电磁感应来检测金属材料和工件所存在的表面缺陷的方法。该检测技术可全面判断钢结构的内部损伤，但其局限性在于仅能对可导电的金属构件以及能感生涡流的非金属构件进行检测；且由于钢磁和结构的不均匀性以及被检测表面的几何不规则性会产生一定的附加噪声，涡流法在检测黑色钢结构和部件裂纹时比较困难，Valentyn Uchain等[5]提出了双差分型涡流探头，可实现特定检测应用。

1.5 渗透探伤技术

渗透探伤技术是将一种具有显色性能的渗透剂刷涂在工件表面，渗透剂在毛细力作用下，通过工件表面裂纹缺陷渗入内部，一段时间后，抹除掉工件表面余下的渗透剂，最后在工件表面涂上一层薄的显像剂。此时裂纹缺陷中的渗透剂会在显像剂提供的毛细力下，再次吸附到工件表面，并且会形成一个放大的缺陷显示图像，在黑光或白光下能够观察到缺陷的位置及形状。

以上五种钢结构检测技术都属于无损伤检测技术，都可在不损坏钢结构外观表面的同时对钢结构进行有效且全面的检测。

1.6 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是通过设备的激光脉冲发射器，向待检测的工件上发射一束激光脉冲，在反光镜的旋转作用下，对待测工件进行扫描，激光脉冲经过反射作用后能够被信号接收器所接收，同时会记录下信号数据；对所获取的大量云数据再进行分割、构建等处理，可获得大型钢结构的建筑物在力的作用下各点的精确变形值[6]。

除上述五种主要检测技术外，还可以结合信息化技术来判断钢结构的缺陷，利用系列工程建模软件，可直观展示钢结构的缺陷部位[7]。马中军等[8]利用BIM结合表面图像处理分析，提出了一种钢结构的无损探伤方法，构建了基于BIM的建筑钢结构检测模型，可实现对建筑钢结构的无损检测以及后期管理的全面掌控，该方法有效检测率为100%。

2 钢结构检测的技术应用

在各式各样的建筑施工项目中，钢结构检测已成为建筑工程中一项相对重要的技术，通过运用相关技术手段，对钢结构各个施工环节进行质量把控，能及时止损、减短施工周期。鉴于种种优点，钢结构检测技术也得到极大程度的应用。本文主要从钢结构的表面检测、钢结构的涂装检测、焊接质量、构件连接检测以及结构变形检测四个方面对钢结构检测的技术应用进行综述。

2.1 钢结构表面检测

外观缺陷检测是钢结构检测的基础项目[9]。对钢结构进行肉眼检测，可以观察出钢结构表面存在的气泡、裂缝、咬边、融合等常见缺陷。对于钢结构表面腐蚀损害的评估，传统的检测方法是目视检查，但是对区域范围大的地区或难以进入的地区来说是耗时耗力、较难进行的，且检测结果具有主观性。为了解决上述问题，M.Khayatazad等[10]开发了用于量化和组合两个视觉方面的算法-粗糙度和颜色，该算法已应用于腐蚀和非腐蚀组件和结构照片的大数据集，可以有效地定位腐蚀区域。张华[11]提出将渗透探伤技术运用到地铁轨道检测中，通过处理可使轨道质量缺陷的位置与类型得以明确，针对缺陷即可采取有效措施进行解决。

2.2 钢结构的涂装检测

钢结构安装完成后，还需要对其进行涂装，可选择防腐或防火材料作为涂装材料，材料的选择决定着钢结构的使用时间。防腐材料可预防钢结构在湿度较大的环境下腐蚀生锈，导致承载力降低。对钢结构的涂装材料进行检测，可根据钢结构的材料厚度来反映，检测时可以通过超声波在钢结构中的理论传播速度来获取超声波的实际波速与传播时间，可以检测出钢结构的实际厚度和宽度，同时可获取钢结构的耐腐蚀性参数[11]。

2.3 焊接质量和构件连接检测

钢结构主要是通过螺栓和螺丝进行连接的。首先需要对螺栓进行检测，当焊接熔化后将金属进行连接形成焊缝，此时，进行焊接处检测，利用射线探测仪装置针对焊缝的开裂现象进行检测用来保证焊接完整性；在焊接过程中也可用超声波检测技术进行检测，因为该技术不会对钢结构的外观进行破坏。对于螺栓连接处，常用捶打的方式来检测螺栓的紧固性[12]。对焊缝的检测，Muthukumaran Malarvel等[13]提出了一种在X射线图像中使用多类支持向量机(MSVM)进行焊接缺陷检测和分类的自主技术，该技术考虑了多种焊接缺陷，有效提高了检测工作效率。

2.4 结构变形检测

智能化信息技术与人工相结合可以实现对建筑钢结构的更好检测。Ming Guo等[14]对极大型、复杂建筑物钢结构进行高精度检测，采用激光雷达和无人机近距离摄影测量可以直接收集各种大型复杂环境中的数据、注册站点和适合的节点来监控和分析其结构，该种检测方法使得变形监测更加详细、全面。除此以外，将全站仪运用到钢结构检测中，也可以很好检测钢结构的垂直度和挠度[15]。

3 结论与展望

钢结构作为建筑工程项目的基础结构，直接影响着建筑物的整体安全质量。通过合理运用钢结构检测技术，可以保证施工质量，提高施工效率。目前国内外最常见的钢结构检测技术主要由磁粉探伤检测技术、射线探伤检测技术、超声波检测技术、涡流检测技术、渗透探伤技术以及三维激光扫描技术这六种组成，另外结合信息化技术和智能科技也可对钢结构的缺陷进行判断。对于不同类型的建筑工程，应结合实际选择合适的钢结构检测方法。在实际建筑工程项目中，钢结构检测技术也应用广泛，可在钢结构表面、涂装材料、焊接质量和构件连接、结构变形等方面进行相关检测应用，保证了施工效果，节约了施工周期。如今建筑工程项目在社会市场的比重越来越大，建筑物结构的安全标准也愈加严格，目前常用的钢结构检测技术无法完全满足实际工程中的检测需要。因此，在科技高速发展的未来，钢结构检测技术会与新兴科技相结合得到更好的发展与应用。