中国核工业第二二建设有限公司湖北宜昌443000
摘要：当今社会，科学技术的发展越来越迅速，对于钢结构钢材强度的检测技术不断创新，现在可以做到无损检测。但是多种无损检测方法都各有优缺点，本文就从检测方法的利弊谈起，分析它们的发展现状和应用背景，并且就目前使用最多的“里氏硬度”法进行实例探究，希望钢材强度的检测能够符合人们的要求。
关键词：钢结构；钢材强度；无损检测；利弊分析；实例分析
引言
很多钢结构建筑由于荒废失修，需要对其钢结构钢材强度进行检测，验证其能否继续安全使用。钢材强度是钢材力学性能指标最重要的一项，必须要检测。而无损检测技术能够保护钢构件，对其几乎不会产生任何影响。
1.无损检测技术
无损检测技术主要指借助设备仪器为导向实施无损形式的检测，在提升检测精度的同时，还可对以往检测方式伴有的损伤性进行把控，确保设备具体结构、工艺、材料以及介质等得到深度检测。此外，该技术以不破坏设备结构为其突出特征，可针对容器内部相应的微观结构做到正确检测，从而明确内部腐蚀、焊接以及运作状况，为后续维修工作夯实基础。通常无损检测涵盖了超声波、磁粉检测、射线以及渗透检测等，其中射线检测以及超声波检测较为常用。实际应用需要以容器特征为导向进行检测形式的切实选取。
2.常用检测方法简介与比较分析
2.1里氏硬度法
里氏硬度法在1978年被发明，原理是用一定质量的冲击物体在弹力的作用下以一定速度垂直冲击试样表面，计算回弹速度和冲击速度的比值，由此套入公式可以得到钢构件的硬度大小。该方法是目前最常用的无损检测方法，其具有所用仪器体积小，操作方便，适合随时随地检测的特性，可以提高工作的效率。但是由于里氏硬度法的后续计算目前还没有明确的规范，所以不同施工单位计算出来的结果可能不一致。同时对于火灾后的钢材强度测定，里氏硬度法也是没有用武之地的。
2.2维氏硬度法
维氏硬度法创立于1924年，通过金刚石材质的压头施加一定的压力压入试件，测量压痕的对角线长度等数据，之后经过相应计算得到维氏硬度。由于创立时间较早，所以该方法使用较为广泛、成熟，精度也比较准确。但是该方法不能算是“无损检测”，因为会在构件表面形成难以愈合的压痕，对构建造成不可逆转的损害，很可能导致检测后的构建强度大大降低，从而影响建筑质量。
2.3化学分析法
顾名思义化学分析法就是将构件通过现场钻取或是打磨，把小部分材料带入实验室中进行化学检测。这种检测方法往往效率低下，而且需要投入大量的人力物力财力，和企业追求经济效益最大化产生矛盾，所以一般很少采用。
2.4光谱分析法
光谱分析法的原理是：利用电火花的高温让钢构件中的元素直接气化，同时发射出各种元素的特征波长，经过光栅分光就可以得到光谱。进一步分析就可以得知构件中各种元素的含量，进而分析钢构件的强度是否符合规范。该方法虽然技术含量较高，尚未广泛使用，但是由于成本低、时间短、适用范围广泛的特征，已经被越来越多建筑施工企业所采纳，而且这将是未来的趋势。
3.钢材硬度检测方法和回归分析
3.1实验研究
选择钢结构中最经常使用的钢材Q235和Q345进行研究分析，同时试料的厚度也是在建筑施工中最常使用的6、8、10等。主要的实验步骤分为6步：第一：把所选用的钢材按照拉伸试验的要求来加工，使得刚才的长度和宽幅分别达到50cm和3cm。第二：对完成拉伸试验的钢材表面进行打磨和抛光，在打磨过程中注意表面的粗糙程度，要求在打磨过程中进行不少于5次的粗糙度检测，最后取平均值计算。第三：对完成打磨过程的钢材进行化学成分分析，有条件的施工单位可以使用光谱仪来准确得知钢材中不同元素的含量。第四：使用经过校准的里氏硬度分析仪来对钢材表面进行硬度测试。第五：经过多次测量得到试样的里氏硬度和抗拉强度，其中抗拉强度可以通过拉力试验机进行测试得到。第六：使用各种各样的数理统计手段，来分析钢材表面硬度和钢材强度之间呈现的关系，并且最后使用回归分析法进行数据的拟合。
3.2实验注意事项
在实验中一般采用D型头，对于D型头在实验中要严格要求其和测试面保持垂直。同时在安排测试点时一定要间隔出恰当的间距。一般在同一时间设置8个测量位置，对这8个测量位置的数据进行分析，去掉最大值和最小值，计算其他6个测试点的平均值，进过后续分析就可以得到该试样钢材的硬度值。此外，得到硬度值之后还应该参照国家制定的“里氏硬度测量相关流程”进行回弹结果修正。
3.3回归分析
回归分析的前提条件就是实验产生大量有效的数据，再对这些数据进行集合汇总，一般采用统计学的方法。在实验过程当中，人们发现钢材的抗拉强度和碳元素含量呈现正相关关系、和硫元素含量呈现负相关关系，也就是说含碳量高的钢材抗拉强度会高于含硫量高的钢材，但是碳含量过高又影响到钢材的延展性。此外，根据相关数据进行回归方程的建立，也能够得到与之一致的结果，当然还需要把回归分析的结果运用到实际工程中来。
回归分析得到的另一个结果就是：钢材的抗拉强度和里氏硬度值成正相关关系。不过在相同的实验条件下，相同的里氏硬度值的钢材的抗拉强度也有所差别。这是企业的生产原因造成的，大企业生产的钢材与小企业生产的相比，二者相同里氏硬度值，但是前者抗拉强度明显高于后者。原因是生产工艺的不同，导致钢材表面品质虽然都能符合国家标准，但是钢材内部的品质差异极大。小企业生产的钢材内部各层面硬度分布不均，导致非正规企业生产的钢材内部致密性不好，相应地抗拉强度也很低。
4.实例分析
4.1工程概况
某小学的既有钢结构部件由于年代久远需要检测，该钢结构主楼为2层钢框架结构的教学楼。房屋平面图大致是正方形，总长度72.0m。中间无分缝，楼盖采用压型钢板现浇筑钢筋混凝土上组合钢楼板，楼顶采用的是轻质钢构架。在汶川地震之后国家组织对各类学校的基础设施进行安全性检查，所以本次钢结构钢材强度无损检测分析目的就是为了保证该学校的安全性能。
4.2检测鉴定主要内容
4.2.1钢结构主楼外观尺寸检测
现场检查的值显示该主楼外观没有明显的倾斜、变形。同时没有因为地基的不均匀沉降带来的主体结构失衡。主要钢构件的锈蚀程度也不高，完全可以符合国家安全标准。钢结构楼梯主要是螺栓连接，现场检查后发现大部分螺栓连接处都保持良好，基本没有松动和脱落的问题，同时对于有松动的螺丝进行加固操作。
4.2.2钢材强度检测
运用最常用的里氏硬度检测方法，对钢构件的里氏硬度进行抽查。此处里氏硬度检测运用D型冲击头，同时对抽查部位的钢结构构件进行抛光处理。最后的检测结果显示所有抽检部位的钢构件强度厚度都满足原设计的承载需求。所以该小学钢构件质量合格，可以继续使用。
结语
如何把无损检测的方法精确地实际应用在工程之中是我们面临的难题，尤其是现在年代久远的建筑质量问题层出不穷。对于它们的检测和加固迫在眉睫。钢材的无损检测方法有很多种，目前最常用的是里氏硬度法，钢材的里氏硬度和强度之间存在一定的关系。本文通过具体的实验方法和回归分析数据总结得出了相应的结论。希望广大施工企业能够娴熟地运用此法，在工程中运用无损检测技术，保障建筑工程的质量。
参考文献：
[1]刘殿忠.钢材强度无损检测方法比较分析[J].工程与技术，2016（8）：190~198.
[2]黄绍兰.关于刚才强度无损检测方法的探讨[J].建筑研究，2017（12）：9~13.