北京新機場，被稱為“首都的新名片，國家的新大門”，預(yù)計明年10月正式投入使用。在這座規(guī)模宏偉的工程內(nèi)部，鋼結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜——整體由6萬多根鋼架、1萬多個連接球以及10萬多噸用鋼量、國內(nèi)首創(chuàng)的8個C型支撐柱組成。大量的鋼結(jié)構(gòu)，就如同是新機場的骨架。而在每個連接鋼結(jié)構(gòu)的焊接點上，都會產(chǎn)生一種威脅結(jié)構(gòu)安全的內(nèi)在因素叫“殘余應(yīng)力”，會使機場的“骨骼”變形，甚至斷裂，相當于人體骨骼關(guān)節(jié)上出現(xiàn)的變形與開裂。因此，在新機場建設(shè)過程中，配備“骨科大夫”進行“體檢”，確認整個機場的“骨骼強度”和“結(jié)構(gòu)安全”顯得尤為重要。
北京理工大學(xué)檢測與控制研究所的徐春廣教授團隊，就擔當起了新機場的“骨科大夫”。他們利用自主研發(fā)的“殘余應(yīng)力超聲無損檢測系統(tǒng)”，對龐大的主承載鋼結(jié)構(gòu)進行了“焊接殘余應(yīng)力“和“裝配應(yīng)力”的“骨科檢查”，并根據(jù)“體檢報告”分析新機場主承力結(jié)構(gòu)的載荷狀態(tài)，確保了其受力狀態(tài)和安全性完全符合設(shè)計和建造的要求。
去年年初，北京新機場鋼結(jié)構(gòu)主體工程建設(shè)正按部就班地進行著。在設(shè)計和施工環(huán)節(jié)，工程方發(fā)現(xiàn)了機場建設(shè)的潛在隱患：焊接過程中會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，由此還可能引起變形，這些變形到了一定程度會引起“骨骼斷裂”。新機場鋼結(jié)構(gòu)承載量巨大，如果骨架出現(xiàn)變形和開裂的情況，就會引起重大事故，造成巨大損失。每一位機場建設(shè)者都清楚，“在機場，掉下任何東西都是絕對禁止的?！倍胍苊怆[患的發(fā)生，就需要為新機場找到一個資深的“骨科大夫”。
當時，負責(zé)對新機場的焊縫結(jié)點進行探傷檢測的是一家來自杭州的檢測公司，但他們只能檢測鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷等“皮外傷”，而無法對新機場內(nèi)部的“骨骼強度”進行檢測?？紤]到新機場鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)和未來服役安全性的迫切需要，這家公司將徐春廣團隊及其技術(shù)推薦給了工程現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)項目負責(zé)人。聽說有人能擔此大任，建設(shè)方負責(zé)人立刻親自帶隊到北理工檢測與控制研究所，找到了徐春廣。
“當時他是不大相信的，他說搞了這么多年工程建設(shè)，從沒聽說過有人能測金屬構(gòu)件內(nèi)部的殘余應(yīng)力?！痹诹私饬藢Ψ降囊苫蠛螅齑簭V給建設(shè)方負責(zé)人詳細介紹了檢測技術(shù)原理，并講述了之前對國防軍工裝備、航空航天、西氣東輸管道工程和廈門金磚會議主會場工程等進行檢測的成功案列。在實驗室，建設(shè)方負責(zé)人詳細觀看了實際檢測和操作過程，經(jīng)過反復(fù)考證和確認后，肯定了徐春廣團隊自主研發(fā)的“殘余應(yīng)力超聲無損檢測與調(diào)控系統(tǒng)”。此后，這一技術(shù)也得到了新機場工程設(shè)計方和監(jiān)理方的認可。
最終，去年5月，新機場建設(shè)各方在機場建設(shè)指揮部召開了聯(lián)合會議，經(jīng)過技術(shù)答辯、現(xiàn)場質(zhì)疑、學(xué)術(shù)和技術(shù)研討等環(huán)節(jié)，一致認可并通過了徐春廣團隊的檢測技術(shù)，同意將其應(yīng)用到新機場骨架的安全性檢測中。
那么，徐春廣團隊自主研發(fā)的“殘余應(yīng)力超聲無損檢測系統(tǒng)”到底如何對新機場進行“骨科檢查”呢？徐春廣解釋，整套檢測系統(tǒng)被設(shè)計安裝在一臺電腦中。從外觀上看，搭載檢測系統(tǒng)的設(shè)備就像一個“黑匣子”，打開后有顯示屏和鍵盤，屏幕右側(cè)有一些特殊的按鈕；“黑匣子”外部連接著兩根電線，電線的另一端是超聲探頭。實際檢測時，操作人員需要手持探頭，讓探頭與鋼結(jié)構(gòu)骨架的表面貼合好，此時屏幕上會顯示超聲波在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的波形與傳播速度等，根據(jù)數(shù)據(jù)可以計算出殘余應(yīng)力的大小、方向和數(shù)值，確定被測位置的“骨骼強度”，分析是否存在“健康隱患”。操作人員需要圍繞骨架的每個焊接位置進行多點檢測，整個過程就相當于給新機場的骨架做了個“B超”。
去年冬天，徐春廣團隊開始對新機場鋼結(jié)構(gòu)主體工程進行檢測。當時新機場的地基剛剛打好，一共有8組C型柱用于支撐機場上頂。經(jīng)機場建設(shè)各方確認，選擇了承受力最大的一組支柱進行檢測?！斑@組支柱是整個機場承重最大、也是最核心最重要的支撐，關(guān)系到機場鋼結(jié)構(gòu)整體安全?！毙齑簭V介紹，“如果它出現(xiàn)了問題，整個機場就會出現(xiàn)重大質(zhì)量事故，所以我們選擇從這一‘致命要害’入手?！?/p>
據(jù)了解，他們選擇的這組C型柱一共有幾百個焊接位置，每個焊接位置附近，又需要做多次的檢測，總共算下來，需要對近千個點進行檢測。檢測的時候，操作人員需要從骨架與地面接觸的結(jié)點開始，逐漸往高處攀登，在每一焊接位置附近停留、檢測。
隨著檢測的位置越來越高，檢測的難度也逐漸遞增。由于設(shè)備的超聲技術(shù)先進，對精度要求極高，所以操作人員在測量時，需要將超聲探頭與鋼結(jié)構(gòu)表面完好貼合。在很高的狀態(tài)下，人的精神本來就緊張，既要注意安全，又要集中精神使探頭與鋼結(jié)構(gòu)表面緊密貼合，再加上“骨骼”本身是圓柱形的，弧形的表面使得檢測過程更加艱難。“一邊貼合，一邊要看著屏幕的信號，需要同時兼顧兩邊，這對操作人員來說，難度是非常大的?！毙齑簭V解釋道，“最高點距地面有五六十米，操作人員最后都是坐起重車上去的。”
據(jù)徐春廣介紹，現(xiàn)場的實際操作人員中，不少是研究所里的研究生和青年教師，他們與檢測公司的檢測人員一起，不畏嚴寒、克服高空作業(yè)反應(yīng)，在極其嚴酷的環(huán)境下，順利完成了檢測任務(wù)。“記得當時有名學(xué)生恐高，再加上冬天天氣冷，他站在起重機上發(fā)暈，我們立馬把他叫了下來，換了其他人上去?！毙齑簭V說，“他們要測量近千個焊接結(jié)點，這樣的工作量對從事科研的他們來說根本不在話下，但工程現(xiàn)場畢竟不是實驗室，尤其是嚴寒高空的作業(yè)環(huán)境，還是會出現(xiàn)一些意想不到的狀況。”對于這種實際操作中出現(xiàn)的問題，團隊都會在問題解決后進行反思和技術(shù)升級。
今年三月底，徐春廣團隊順利完成了對新機場主承力鋼結(jié)構(gòu)的安全性檢測任務(wù)。檢測結(jié)果顯示，在新機場的鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部，不存在威脅安全性的殘余應(yīng)力，機場骨架能夠承受住整體結(jié)構(gòu)的載荷。不論是受力狀態(tài)還是結(jié)構(gòu)安全性，都完全符合設(shè)計之初的構(gòu)思與要求。
在成功為新機場內(nèi)部骨架排除了“健康隱患”后，團隊又對封頂后的一些位置進行了檢測與排查。如今，整個團隊已將工作重點轉(zhuǎn)移到新機場的“健康監(jiān)測”上，工作內(nèi)容包括對新機場的“定期體檢”、特殊天氣時的“抽樣檢查”、關(guān)鍵節(jié)點安全服役狀態(tài)的“長期連續(xù)體檢”等。徐春廣解釋說，在大風(fēng)和暴雪等天氣時，外界的作用會給機場施加外力，增加鋼結(jié)構(gòu)的載荷，進而會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生變化，使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和開裂等問題。這時，新機場的“骨科大夫”需要及時上場，為“骨骼健康”提前預(yù)警，確保新機場骨架的結(jié)構(gòu)安全，為首都經(jīng)濟建設(shè)、人民出行安全保駕護航。
