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(dāng)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(jìn)行“體檢”，確認(rèn)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(tuán)隊，就擔(dān)當(dāng)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(jìn)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(jìn)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。”而想要避免隱患的發(fā)生，就需要為新機場找到一個資深的“骨科大夫”。
當(dāng)時，負(fù)責(zé)對新機場的焊縫結(jié)點進(jìn)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(jìn)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(tuán)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(fù)責(zé)人。聽說有人能擔(dān)此大任，建設(shè)方負(fù)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(dāng)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?，徐春廣給建設(shè)方負(fù)責(zé)人詳細(xì)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(jìn)行檢測的成功案列。在實驗室，建設(shè)方負(fù)責(zé)人詳細(xì)觀看了實際檢測和操作過程，經(jīng)過反復(fù)考證和確認(rèn)后，肯定了徐春廣團(tuán)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(rèn)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(rèn)可并通過了徐春廣團(tuán)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(tuán)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(jìn)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(jìn)行多點檢測，整個過程就相當(dāng)于給新機場的骨架做了個“B超”。
去年冬天，徐春廣團(tuán)隊開始對新機場鋼結(jié)構(gòu)主體工程進(jìn)行檢測。當(dāng)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(rèn)，選擇了承受力最大的一組支柱進(jìn)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。”
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(jìn)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(jìn)，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?！耙贿呝N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(yán)寒、克服高空作業(yè)反應(yīng)，在極其嚴(yán)酷的環(huán)境下，順利完成了檢測任務(wù)?！坝浀卯?dāng)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(yán)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?！睂τ谶@種實際操作中出現(xiàn)的問題，團(tuán)隊都會在問題解決后進(jìn)行反思和技術(shù)升級。
今年三月底，徐春廣團(tuán)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(tuán)隊又對封頂后的一些位置進(jìn)行了檢測與排查。如今，整個團(tuán)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(jìn)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(jì)建設(shè)、人民出行安全保駕護(hù)航。
