钢结构基本理论

1、钢结构基本理论第一节 概 况中国虽然早期在钢铁结构方面有卓越的成就，但由于2000多年的封建制度的束缚，科学不发达，因此，长期停留于铁制建筑物的水平。直到19世纪末，我国才开始采用现代化钢结构。新中国成立后，钢结构的应用有了很大的发展，不论在数量上或质量上都远远超过了过去。钢结构建筑的多少，标志着一个国家或一个地区的经济实力和经济发达程度。进入2000年以后，我国国民经济显著增长，国力明显增强，钢产量成为世界大国，在建筑中提出了要“积极、合理地用钢”，从此甩掉了“限制用钢”的束缚，钢结构建筑在经济发达地区逐渐增多。特别是2008年前后，在奥运会的推动下，出现了钢结构建筑热潮，强劲的市场需求，推

2、动钢结构建筑迅猛发展，建成了一大批钢结构场馆、机场、车站和高层建筑，其中，有的钢结构建筑在制作安装技术方面具有世界一流水平，如奥运会国家体育场等建筑。奥运会后，钢结构建筑得到普及和持续发展，钢结构广泛应用到建筑、铁路、桥梁和住宅等方面，各种规模的钢结构企业数以万计，世界先进的钢结构加工设备基本齐全，如多头多维钻床、钢管多维相贯线切割机、波纹板自动焊接机床等。还有我们自行研制开发的弯扭构件加工设备和方法，数百家钢结构企业的加工制作水平具有世界先进水平，如钢结构制作特级和一级企业。近几年，钢产量每年多达6亿多吨，钢材品种完全能满足建筑需要。钢结构设计规范、钢结构材料标准、钢结构工程施工质量验收规范

3、、以及各种专业规范和企业工法基本齐全。一、建筑钢结构主要应用：1、轻钢结构(单层工业厂房) -门式刚架体系 2、网格结构(体育馆、体育场、航站楼)-现在一般做成球节点网架，有焊接球、螺栓球节点的，杆件都是钢管，也有全用角钢焊接的屋架。3、超高层结构-纯钢结构、钢管混凝土结构、钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)。4、高耸结构-通讯塔等。二、钢结构现场检测规范：钢结构现场检测主要采用的规范有：1、建筑结构检测技术标准 GB50344-20042、钢结构现场检测技术标准 GB50621-20103、钢结构超声波探伤及质量分级法 JGJ/T203-2007除上述标准尚应执行国家现行的有关标准、规范的规定-

4、，这些现行的国家有关标准、规范主要是建筑工程施工质量验收统一标准GB 50300、钢结构工程施工质量验收规范GB 50205、民用建筑可靠性鉴定标准GB50292、工业建筑可靠性鉴定标准GB50144、建筑抗震鉴定标准GB 50023以及相应的钢结构材料强度检测标准等。三、钢结构检测分类可分为在建钢结构的检测和既有钢结构的检测。四、钢结构现场检测的主要内容1、外观质量检测2、表面质量检测：磁粉检测、渗透检测3、内部缺陷检测：超声波检测4、高强度螺栓终拧扭矩检测（高强螺栓试验室检测）5、变形检测6、钢材厚度检测7、钢材种类检测（化学分析和硬度法检测、物理性能检测）8、防腐（防火）涂层厚度检测9、

5、钢结构性能的静力荷载检验第二节 钢结构的基本形式钢结构的基本形式主要有：轻钢门式钢架结构、钢框架结构、钢网架结构、索膜结构、管桁架结构。一、轻钢门式钢架结构单层钢结构厂房一般为轻钢门式刚架结构。刚架结构通常是指由直线形杆件（梁和柱）通过刚性节点连接起来的结构。工程中习惯把梁与柱之间为铰接的单层结构称为排架，多层多跨的刚架结构则常称为框架。二、钢框架结构钢框架结构住宅可分为焊接箱形截面（常用）或H型钢柱钢梁钢框架结构和钢框架加支撑结构两种类型。特点：结构自重小，抗震性能良好，施工速度快。框架结构的受力特点 1、荷载作用 ：框架结构承受的作用包括竖向荷载和水平荷载 2、竖向荷载传递路线 ：现浇平板

6、楼（屋）盖荷载主要向距离较近的梁上传递，然后在传递给钢柱。三、钢网架结构网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定规律组成的空间杆系结构。网架结构根据外形可分为平板网架和曲面网架。 通常情况下，平板网架称为网架；曲面网架称为网壳。优点：三维受力特点，能承受各方向的作用 ；杆件协同工作，整体性和稳定性好，空间刚度大；在节点荷载作用下，能充分发挥材料的强度；支座构造较为简单，受力合理，建筑外形 美观。缺点：杆件和节点的加工精度要求较高，加工难度大。四、索膜结构用高强度柔性薄膜材料经受其它材料的拉压作用而形成的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式 。特点：造型自由、轻巧、柔美，充满力量感，阻燃、制作

7、简易、安装快捷、节能、易于、使用安全。五、管桁架结构桁架结构是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构，管桁架即是指结构中的杆件均为圆管杆件。管桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力，应力在截面上均匀分布，因而容易发挥材料的作用，这些特点使得桁架结构用料经济，结构自重小。 管桁架结构中的杆件均在节点处采用焊接连接 。同网架比，杆件较少，节点美观，不会出现较大的球节点，利用大跨度空间管桁架结构，可以建造出各种体态轻盈的大跨度结构。 第三节 钢结构的特点和应用范围一、钢结构的特点以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，故用于建造大跨度

8、和超高、超重型的建筑物特别适宜；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；建筑工期短；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。钢结构的优缺点1、材料强度高，自身重量轻钢材强度较高，弹性模量也高。与混凝土和木材相比，其密度与屈服强度的比值相对较低，因而在同样受力条件下钢结构的构件截面小，自重轻，便于运输和安装，适于跨度大，高度高，承载重的结构。2、钢材韧性，塑性好，材质均匀，结构可靠性高适于承受冲击和动力荷载，具有良好的抗震性能。钢材内部组织结构均匀，近于各向同性匀质体。钢结构的实际工作性能比较符合计算理论。

9、所以钢结构可靠性高。3、钢结构制造安装机械化程度高钢结构构件便于在工厂制造、工地拼装。工厂机械化制造钢结构构件成品精度高、生产效率高、工地拼装速度快、工期短。钢结构是工业化程度最高的一种结构。4、钢结构密封性能好由于焊接结构可以做到完全密封，可以作成气密性，水密性均很好的高压容器，大型油池，压力管道等。5、钢结构耐热不耐火当温度在150以下时，钢材性质变化很小。因而钢结构适用于热车间，但结构表面受150左右的热辐射时，要采用隔热板加以保护。温度在300 -400时.钢材强度和弹性模量均显著下降，温度在600左右时，钢材的强度趋于零。在有特殊防火需求的建筑中，钢结构必须采用耐火材料加以保护以提高

10、耐火等级。6、钢结构耐腐蚀性差特别是在潮湿和腐蚀性介质的环境中，容易锈蚀。一般钢结构要除锈、镀锌或涂料，且要定期维护。对处于海水中的海洋平台结构，采用“锌块阳极保护”等特殊措施予以防腐蚀。二、钢结构的应用范围1、重型厂房、受振动荷载作用的厂房结构2、大跨度建筑物体育馆、展览馆、影剧院、会议中心、机库 3、多层、高层和超高层建筑4、轻型钢结构轻型钢结构是一个很模糊的概念，没有严格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构：由冷弯薄壁型钢组成的结构；由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、 H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、 H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；由圆管、方管、矩形

11、管组成的结构；由薄钢板焊成的构件组成的结构；由以上各种构件组成的结构。5、塔桅结构电视塔、天线、发射架、海洋平台6、可拆卸和搬迁的结构流动展览馆、舞台、施工时的临时房屋、温室大棚等7、板壳结构储油库、煤气库、高炉等各种容器8、大跨度桥梁9、特种结构海洋平台、水工闸门、锅炉骨架、起重机、栈桥、管道支架井架第四节 钢结构的材料一、钢的种类碳素钢和合金钢1、碳素钢（1） 分结构钢（低碳钢）和工具钢（高碳钢）；（2） 碳素结构钢GB7002006质量等级：A、B、C、D四级；（3） A只保证抗拉强度、屈服点和伸长率；B、C、D保证抗拉强度、屈服点和伸长率、冷弯性能和冲击韧性（分别为20、 0 和20）

12、，同时严格控制C、S、P的极限含量；（4）钢号：Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-D等2、合金钢（1）分为结构钢、工具钢和特殊钢；（2）结构钢（低合金钢）GB/15912008质量等级； A、B、C、D、E五级；（3）A、B、C、D的规定同碳素结构钢，E级要求40的冲击韧性；（4）钢号：Q345-A、Q390-B、Q420-C、Q235-D等。二、钢材的力学性能1、钢材均匀受拉时的力学性能（1） 曲线五个阶段：弹性阶段；弹塑性阶段；屈服阶段；强化阶段；颈缩阶段。（2） 强度指标： 屈服强度fy；抗拉强度fu（3）钢材的物理性能指标：弹性模量E20610（N/mm）剪切模量G7

13、9 10（N/mm） ；线膨胀系数12 10-6 ；质量密度7850kg/m3 。2、冷弯性能不分层、不裂纹3、冲击韧性k断裂工程中吸收能量的能力k A k /A（J/cm2）三、钢结构对材料的要求1、较高的抗拉强度fu和屈服点fy2、较高的塑性和韧性3、良好的工艺性能（冷、热加工性能和可焊性）四、钢材的破坏形式塑性破坏和脆性破坏1、塑性破坏：fu发生，变形超过材料的变形能力。破坏前发生较大的塑性变形，断口呈纤维状,色泽发暗。2、脆性破坏： fu 甚至fy，没有明显的塑性变形，破坏突然，没有预兆。断口平直呈晶粒状,色泽发亮。3、在设计、施工和使用钢结构时，应当注意防止出现脆性破坏五、影响钢材力

14、学性能的因素1、化学成分的影响：含C量增加，强度增高，塑性降低；S、P、O、N为有害元素，必须严格控制；Mn和Si为有益元素，要适量。2、冶金缺陷的影响：镇静钢的屈服点高于沸腾钢（约40N/mm2）；非金属夹杂、裂纹、分层等。3、时效的影响：钢材随时间的增长，强度增加、塑性降低而脆性增加。4、冷作硬化的影响：钢材在冷加工（拉、剪、冲、压、拔等）的条件下，强度增加、塑性降低而脆性增加。5、温度的影响：低温冷脆；冷脆转变温度（冷脆临界温度)6、应力集中的影响：在空洞、槽口、凹角、裂缝、截面变化处，产生局部高峰应力应力集中现象。7、应力集中：产生同号平面或立体应力场，钢材变脆。8、时效的影响：钢材随

15、时间的增长，强度增加、塑性降低而脆性增加。9、疲劳的影响：钢材在连续反复或循环荷载作用下，当应力循环次数n达到某个大数时，发生突然的脆断。此时，应力fu甚至fy 疲劳破坏。六、钢材的规格和选用1、钢材的规格（1）热轧钢板：厚钢板（厚4.560mm）；薄钢板（厚0.354mm）；扁钢（厚460mm，宽30200mm）。（2）普通热轧型钢：角钢：等边和不等边；槽钢：热轧普通槽钢和低合金热轧轻型槽钢；工字钢：同槽钢；钢管：有无缝和焊接两种；H型钢：宽翼缘工字钢。（3）薄壁型钢：用薄钢板（1.55.0mm)经模压和冷弯而成，一般为Q235或Q345钢。（4）各种彩钢板和压型钢板。2、钢材的选用（1）结

16、构的重要性：一级（重要的）、二级（一般的）和三级（次要的）。（2）荷载情况：分静态荷载和动态荷载。直接承受动力荷载和强烈地震区的结构，选用性能好的钢材。（3）连接方法：焊接结构和非焊接结构。焊接结构由于受焊接应力和焊接变形等的影响，选用Q235-B等可焊性好的钢材。（4）结构所处的温度和环境：例低温冷脆、露天时效、腐蚀、疲劳断裂等。（5）钢材厚度。厚度大的焊接结构应采用材质好的钢材。第五节 钢结构的连接一、钢结构的连接方法 焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接1、焊缝连接的特点构造简单，连接方便；用料经济，不削弱截面；加工方便，可实现自动化操作；密闭性好，结构刚度大。缺点：焊接应力和焊接变形；热影响区

17、材质变脆；对裂纹比较敏感；低温冷脆；对动力荷载比较敏感等。2、铆钉连接的特点塑性和韧性较好；连接紧密，传力方便；用于直接承受动力荷载的结构中（如桥梁）；缺点：构造复杂，费工费料，很少使用。 3、螺栓连接的特点 分普通螺栓连接和高强螺栓连接（1）普通螺栓连接A、B、C三级：A和B为精制螺栓，C级为粗制螺栓；材料等级： A和B为8.8级，C级为4.6级或4.8；（2）高强螺栓连接 高强螺栓分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓摩擦型高强螺栓：只依靠构件接触面之间的摩擦力来传递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。承压型高强螺栓：允许接触面滑移（剪力超过摩擦力），以螺杆与构件之间的挤压而发生的连接

18、破坏作为承载力极限状态。受力： 摩擦型高强螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，特别适用动力荷载；承压型高强螺栓的承载力高于摩擦型，剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构。材料等级：采用45号钢、40B和20MnTiB钢（热处理），材料等级为 8.8级或10.9级。孔径：摩擦型高强螺栓孔径比螺栓大1.52.0mm；承压型高强螺栓孔径比螺栓大1.01.5mm。二、焊接方法和焊缝连接形式 1、钢结构常用的焊接方法：手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊和气体保护焊。 2、焊缝缺陷及焊接质量检验焊缝缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、气孔、未焊透、夹渣、咬边、未熔合等。焊缝质量检验：外部检验外部（外部尺寸和缺陷）和内部检

19、验（内部缺陷）。内部检验方法：超声波（主要)；磁粉（辅助）；荧光检验（辅助）；x射线、射线等（x射线应用广）。焊缝质量等级：钢结构工程施工质量验收规范对焊缝分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求进行外观检验并符合标准；一级、二级除了外观检查外，还必须进行一定量的超声波检验并符合相应的标准。3、焊缝连接形式和焊缝形式（1）焊缝连接形式：按照被连接构件的相对位置来分为对接（直接对接和盖板对接）、搭接、T形连接和角部连接等。（2）焊缝形式：对接焊缝和角焊缝。（3）对接焊缝：正对接焊缝和斜对接焊缝。（4）角焊缝：正面角焊缝（端缝）、侧面角焊缝（侧缝）和斜角焊缝（斜缝）连续角焊缝（重要构件）和间断角焊（次

20、要构件）：间断角焊缝间断距离l15t（受压）和l30t（受拉），t为较薄件的厚度。（5）按照施焊位置分：平焊（俯焊）、横焊、立焊和仰焊四种。焊接质量影响较大。三、焊接应力和焊接变形 1、焊接应力（1）焊接应力产生的原因。（2）焊接应力的类型：纵向焊接应力；横向焊接应力；厚度方向的焊接应力。（3）焊接应力对结构性能的影响：不影响结构的静力强度；降低结构的刚度；降低结构的稳定承载力；增加了结构在低温下的脆断倾向；对结构的疲劳强度有明显的不利影响。 2、焊接变形焊接变形：局部鼓曲、弯曲、歪曲和扭转等，影响构件在正常使用条件下的承载能力。3、减少焊接应力和焊接变形的措施 设计上：（1）焊件位置的安排要

21、合理。尽量使焊缝对称于构件截面的中心轴。（2）焊缝尺寸要适当。不得随意增大焊缝的厚度。（3）焊缝的数量宜少，且不宜过分集中。（4）应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉。 （5）尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。工艺上：（6）采取合理的施焊次序。例如分段退焊、分层焊和工字形截面的对角跳焊等。（7）采用反变形法。（8）对于小尺寸焊件，采取焊前预热，焊后回火加热至600度左右，然后慢慢冷却，可以消除焊接应力和焊接变形。（9）采取刚性固定法来控制焊接变形，但增加了焊接应力。四、普通螺栓连接与构造 1、螺栓的排列（1）螺栓排列要求：受力要求；构造要求；施工要求。（2）螺栓排列方式：并列和错列两种。（3）螺栓

22、排列的最大和最小容许距离。 2、螺栓的构造要求每一构件在节点上以及拼接接头的一端，永久螺栓的数目不少于2个。对直接承受动力荷载的普通螺栓连接，应当采用双螺帽或其它防止螺帽松动的有效措施。由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，一般只受拉力，不宜受剪，承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构和临时结构，可采用C级螺栓受剪。重要结构中，优先采用高强螺栓。3、普通螺栓的受力螺栓受剪、螺栓受拉及螺栓既受剪又受拉。五、高强螺栓连接与构造当型钢构件的拼接采用高强度螺栓连接时，由于型钢的抗弯刚度较大，不能保证摩擦面紧密贴和，故不能用型钢作为拼接件，而应采用钢板。在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法应在施工图中说

23、明。第八章 钢结构工程检测第一节 概 述一、我国钢材产量 我国1996年钢材产量1亿吨，位列世界首位，2003年钢材产量是2.2亿吨，2012钢材产量7.16亿吨，占世界总产量46.3% 。国家基本建设用钢量一般占钢材总量的30%左右。二、建筑钢结构主要应用1、轻钢结构(单层工业厂房) -门式刚架体系 2、网格结构(体育馆、体育场、航站楼)-现在一般做成球节点网架，有焊接球、螺栓球节点的，杆件都是钢管，也有全用角钢焊接的屋架。3、超高层结构-纯钢结构、钢管混凝土结构、钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)。4、高耸结构-通讯塔等。三、钢结构检测规范钢结构检测主要采用的规范有：1、建筑结构检测技术标准

24、GB50344-20042、钢结构现场检测技术标准 GB50621-20103、钢结构超声波探伤及质量分级法 JGJ/T203-20074、碳素结构钢 GB/T 70020065、低合金高强度结构钢 GB/T1591-20086、金属材料 室温拉伸试验方法 GB/T 22820107、金属材料 弯曲方法 GB/T 23220108、钢网架焊接空心球节点 JG/T11-20099、钢网架螺栓球节点 JG/T10-2009除上述标准尚应执行国家现行的有关标准、规范的规定，这些现行的国家有关标准、规范主要是建筑工程施工质量验收统一标准GB 50300、钢结构工程施工质量验收规范GB 50205、民用

25、建筑可靠性鉴定标准GB50292、工业建筑可靠性鉴定标准GB50144、建筑抗震鉴定标准GB 50023以及相应的钢结构材料强度检测标准等。四、钢结构检测分类可分为在建钢结构的检测和既有钢结构的检测。五、钢结构检测的主要内容1、外观质量检测2、钢材力学性能检测3、表面质量检测：磁粉检测、渗透检测4、内部缺陷检测：超声波检测、射线照相检测5、高强度螺栓终拧扭矩检测（高强螺栓试验室检测）6、变形检测7、钢材厚度检测8、钢材种类检测（化学分析和硬度法检测、物理性能检测）9、防腐（防火）涂层厚度检测10、钢结构性能的静力荷载检验第二节 钢材力学性能检测一、钢材种类检测方法1、试验室物理性能检验。材料力

26、学性能检验项目和方法检验项目取样数量(个/批)取样方法试验方法评定标准屈服点、抗拉强度、伸长率1钢材力学及工艺性能试验取样规定GB/T 2975金属拉伸试验方法GB/T 228碳素结构钢GB/T 700；低合金高强度结构钢GB/T 1591；其他钢材产品标准冷弯1金属弯曲试验方法GB/T 232冲击功3金属夏比缺口冲击试验方法GB/T 2292、化学分析法：现场取样检测钢材中化学元素（C、Mn、Si、S、P等），根据化学元素的含量对钢材种类进行判定。3、硬度法：采用硬度仪检测钢材表面硬度，根据钢材硬度推断钢材抗拉强度。二、试验室物理性能检验内容1、钢结构用钢材、钢铸件的品种、规格、性能等应符合

27、现行国家产品标准和设计要求。进口钢材产品的质量应符合设计和合同规定标准的要求。2、对属于下列情况之一的钢材，应进行抽样复验，其复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求。（1）国外进口钢材；（2）钢材混批；（3）板厚等于或大于40mm，且设计有Z向性能要求的厚板；（4）建筑结构安全等级为一级，大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材；（5）设计有复验要求的钢材；（6）对质量有疑义的钢材。3、检验项目：拉伸、弯曲 检验项目以拉伸、弯曲为主，如委托方有要求，可做冲击及化学分析检验，而低合金高强度结构钢，如供方可以保证弯曲合格时，可不做弯曲试验。三、试验室物理性能检验取样要求1、代表批量 钢材应成批验收

28、，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一品种、同一尺寸、同一交货状态的钢材组成。每批重量应不大于60t。公称容量比较小的炼钢炉冶炼的钢扎成的钢材，同一冶炼、浇注和脱氧方法、不同炉罐号、同一牌号的A级钢或B级钢，允许组成混合批，但每批各炉罐号含碳量之差不得大于0.02%，含锰量之差不得大于0.15%。（若为低合金高强度结构钢，则炉罐号不得多于6个）2、取样数量碳素结构钢及低合金高强度结构钢均为1根拉伸、1根弯曲。3、取样方法（1）取样的要求 （a）样坯应在外观及尺寸合格的交货状态的钢材上切取。拉伸和弯曲试验，钢板、钢带试样的纵向轴线应垂直于轧制方向，型钢、钢棒和受宽度限制的窄钢带试样的纵向轴线应平行于

29、轧制方向。 （b）切取样坯时，应防止因受热、加工硬化及变形而影响其力学性能及工艺性能，应有足够的加工余量以保证机加工出足够尺寸的试样。（c）用烧割法切取样坯时，从样坯切割线至试样边缘必须留有足够的加工余量，一般应不小于钢材厚度或直径，但最小不得少于20，对厚度或直径大于60的钢材，其加工余量可根据双方协议适当减小。（d）采用冷剪法切取样坯时，加工余量应符合下表要求直径或厚度（mm）加工余量（mm）44-1010-2020-35354直径或厚度101520(2)取样位置（a）工字钢和槽钢可在腿部切取，如果腿部有斜度，应从工字钢和槽钢腰高四分之一处沿轧制方向切取矩形拉伸样坯。拉伸试样的厚度应是钢材

30、厚度。 （b）应从角钢、乙字钢、H型钢腿长以及T形钢腰高三分之一处切取矩形拉伸样坯。 （c）圆钢、方钢和六角钢应按下图切取拉伸样坯。（d）在型钢腿部厚度方向应按下图切取拉伸样坯。（e）在钢板上应按下图切取拉伸样坯。（f）弯曲样坯应在钢产品表面切取，且应至少保留一个表面，当机加工及试验机能力允许时，应制备全截面或全厚度的试样。4、试样制备（1）弯曲试样（a）试验使用圆形、方形、矩形或多边形横截面的试样。样坯的切取位置和方向应按照相关产品标准的要求。试样应通过机加工去除由于剪切或火焰切割等影响了材料性能的部分。（b）试样表面不得有划痕和损伤。方形、矩形和多边形横截面试样的棱边应倒圆，倒圆半径不超过

31、以下数值：1mm，当试样厚度小于10mm；1.5mm，当试样厚度大于等于10mm，且小于50mm；3mm，当试样厚度不小于50mm。（c）试样宽度应按照相关产品标准的要求。如未具体要求，试样宽度应按照如下要求： 当产品宽度不大于20mm时，试样宽度为原产品宽度； 当产品宽度大于20mm时，厚度小于3mm时，试样宽度为20mm5mm；厚度不小于3mm时，试样宽度在20mm50mm之间。（d）试样厚度或直径应按照相关产品标准的要求，如未具体规定，应按照以下要求： 对于板材、带材和型钢，产品厚度不大于25mm时，试样厚度应为原产品厚度；产品厚度大于25mm时，试样厚度可以机加工减薄至不小于25mm，

32、并应保留一侧原表面。弯曲试验时试样保留的原表面应位于受拉变形一侧。直径或多边形横截面内切圆直径不大于50mm的产品，其试样横截面应为产品的横截面。如试验设备能力不足，对于直径或多边形横截面内切圆直径超过30mm的产品，将其加工成横截面内切圆直径不小于25mm的试样。试验时，试样未经机加工的原表面应置于受拉变形的一侧。除非另有规定，锻材、铸材和半成品，其试样尺寸应在交货要求或协议中规定。(2)拉伸试样（a）一般要求: 试样的形状与尺寸取决于要被试验的金属产品的形状与尺寸。通常从产品、压制坯或铸锭切取样坯经机加工制成试样。但具有恒定横截面的产品（型材、棒材、线材等）和铸造试样（铸铁和铸造非铁合金）

33、可以不经机加工而进行试验。 试样横截面可以圆形、矩形、多边形、环形，特殊情况下可以为某些其他形状。试样夹持端的形状适合试验机的夹头。试样轴线应与力的作用线重合。 （b）机加工的试样如试样的夹持端与平行长度的尺寸不相同，它们之间应以过渡弧连接，试样平行长度或试样不具有过渡弧时夹头间的自由长度应大于原始标距。不经机加工的试样：如试样为未经机加工的产品或试棒的一段长度，两夹头间的长度应足够，以使原始标距的标记与夹头有合理的距离。其中L0 原始标距 LC 平行长度 Lt 试样总长度Lu 断后标距（c）厚度0.1mm3mm 薄板和薄带使用的试样类型：试样的形状：试样的夹持头部一般应比其平行长度部分宽。试

34、样头部与平行长度（Lc）之间应有过渡半径至少为20mm的过渡弧相连接（见图10）。头部宽度应至少大于等于1.2倍的原始宽度。试样的尺寸：平行长度应不小于L0+b/2。有争议时，平行长度应为L0+2b，除非材料尺寸不足够。 对于宽度等于或小于20mm的不带头试样，除非产品标准中另有规定，原始标距应等于50mm，对于这类试件两夹头间的自由长度应等于L0+3b试样原始标距与原始横截面积有关系者称为比例试样。国际上使用的比例系数k的值为5.65。原始标距应不小于15mm1。当试样横截面积太小，以致采用比例系数k为5.65的值不能符合这一最小标距要求时，可以采用较高的值（优先采用11.3的值）或采用非比

35、例试样。非比例试样其原始标距（Lo）与其原始横截面积（So）无关。 矩形横截面比例试样b/mmr/mmK=5.65K=11.3L0/mmLc/mm试样编号L0/mmLc/mm试样编号10205.65 15L0+b/2仲裁试验L0+2bP111.3 15L0+b/2仲裁试验L0+2bP0112.5P2P0215P3P0320P4P04注1、 优先采用比例系数k=5.65 的比例试样，如比例标距小于15mm，建议采用非比例试样注2、 如需要，厚度小于0.5mm的试样在其平行长度上可以带小凸耳以便于装夹引伸计。上、下两凸耳宽度中心线间的距离为原始标距。 矩形横截面非比例试样b/mm r/mm L0/

36、mmLc/mm试样编号带头不带头12.520507587.5P52080120140P62550100120P7 试样的宽度公差试样的名义宽度（mm）尺寸公差（mm）形状公差（mm）12.50.050.06200.100.12250.100.121、 如果试件的公差满足表中要求，原始截面积可以用名义值，不用通过实际测量计算。2、 形状公差是整个平行长度范围，宽度测量值的最大最小值之差制备试样应不影响其力学性能，应通过机加工方法去除由于剪切或冲压而产生的加工硬化部分材料。其余型钢试样的尺寸可参考GB/T228中的规定.四、试验室物理性能检验试验机要求试验机应按照GB/T16825.1进行校准，并

37、且其准确度应为1级或优于1级。五、试验室钢材力学性能测定1、拉伸试验检验指标 （1）抗拉强度：相应最大力的应力。（2）屈服强度：是当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性发生而力不增加的应力点，应区分上屈服强度和下屈服强度，一般用来由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服强度（3）伸长率：原始标距的伸长与原始标距之比的百分率2、弯曲试验冷弯性能六、化学分析1、取样部位：钢材取样时，应避开钢结构在制作、安装过程中有可能受切割火焰、焊接等热影响的部位。2、取样方法：（1）在取样部位可用钢锉打磨构件表面，除去表面油漆、锈斑，直至露出金属光泽。（2）宜采用电钻钻取屑状试样，

38、同一部位的试样重量不宜少于15g。取样过程中应避免过热而引起屑状试样发蓝、发黑的现象。3、化学分析：现行国家标准钢铁及合金化学分析方法GB/T 223的要求，化学分析法测定钢材中C、Mn、Si、S、P五元素的含量七、硬度法1、表面处理：构件测试部位的处理，可用钢锉打磨构件表面，除去表面锈斑、油漆，然后应分别用粗、细砂纸打磨构件表面，直至露出金属光泽。2、检测仪器：现场检测采用里氏硬度计检测钢材硬度。3、在测试时，构件及测试面不得有明显的颤动。4、检测依据：（1）按所建立的专用测强曲线换算钢材的强度。（2）可参考黑色金属硬度及相关强度换算值GB/T 1172等标准的规定确定钢材的换算抗拉强度。5

39、、取样验证：应用表面硬度法检测钢结构钢材抗拉强度时，应有取样检验钢材抗拉强度的验证。第三节 机械连接用紧固标准件及高强度螺栓力学性能检测紧固件连接：是指钢结构制作和安装中的普通螺栓、扭剪型高强度螺栓、高强度大六角头螺栓、钢网架螺栓球节点用高强度螺栓及射击钉、自攻钉、拉铆钉等连接。其中最常用到的是高强螺栓。一、高强螺栓检测：现场终拧扭矩检测 试验室轴力扭矩系数检测、抗滑移系数检测二、检测设备：现场终拧扭矩检测：扭矩扳手试验室检测：轴力扭矩系数检测仪、抗滑移系数检测仪、万能试验机。三、高强度螺栓连接副施工扭矩现场检测方法扭矩法检验检验方法：在螺尾端头和螺母相对位置划线，将螺母退回60左右，用扭矩扳

40、手测定拧回至原来位置时的扭矩值。该扭矩值与施工扭矩值的偏差在10%以内为合格，即高强度螺栓终拧扭矩检测结果宜在0.9Tc1.1Tc范围内。高强度螺栓连接副终拧扭矩值Tc按下式计算： Tc=KPcd式中：Tc-终拧扭矩值（Nm）;Pc-施工预拉力值标准值（kN）,见下表d-螺栓公称直径（m m）；K-扭矩系数，按试验室高强螺栓试验确定。高强度螺栓连接副施工预拉力标准值（kN）螺栓的性能等级螺栓公称直径（mm）M16M20M22M24M27M308.8s7512015017022527510.9s110170210250320390四、试验室高强螺栓轴力扭矩系数检验复验用螺栓应在施工现场待安装的螺

41、栓批中随机抽取,每批应抽取8套连接副进行复验。连接副扭矩系数复验用的计量器具应在试验前进行标定,误差不得超过2%。每套连接副只应做一次试验，不得重复使用。在紧固中垫圈发生转动时，应更换连接副，重新试验。连接副扭矩系数的复验应将螺栓穿入轴力计，在测出螺栓预拉力P的同时，应测定施加于螺母上的施扭矩值T，并应按下式计算扭矩系数K。K=T/Pd 式中：T-施拧扭矩（Nm） d-高强度螺栓公称直径（m m）； P-螺栓预拉力（kN）。进行连接副扭矩系数试验时,螺栓预拉力值应符合下表的规定。螺栓预拉力值范围（kN）螺栓规格（m m）M16M20M22M24M27M30预拉力值P10.9s93-113142

42、-177175-215206-250265-324325-3908.8s62-78100-120125-150140-170185-225230-275每组8套连接副扭矩系数的平均值应为0.110-0.150，标准偏差小于或等于0.010。五、试验室高强螺栓连接摩擦面的抗滑移系数检验1、基本规定：（1）抗滑移系数检验，每2000t为一批，不足2000t的可视为一批，每批三组试件。 （2）抗滑移系数拼接试件的形式和尺寸如下图所示试件板的宽度（mm）螺栓直径d162022242730板宽b100100105110120120试件板面应平整，无油污，孔和板的边缘无飞边、毛刺。2、 试验方法试验用的试

43、验机误差应在1%以内。（1）试件组装：先将冲钉打入试件孔定位，然后逐个换成装有压力传感器或贴有电阻片的高强度螺栓；对紧固高强度螺栓应分初柠、终拧。初拧应达到螺栓预拉力标准值的50%左右。终拧后，螺栓预拉力值在0.95P-1.05 P（P为高强度螺栓设计预拉力值）之间。（2）试件加荷：将组装好的试件置于拉力试验机上，试件的轴线应与试验机夹具中心严格对中。加荷时，应先加10%的抗滑移设计荷载值，停1min后，再平稳加荷，加荷速度为3-5kN/s。直拉至滑动破坏，测得滑移荷载Nv。3、滑移荷载测定：在试验中当发生以下情况之一时，所对应的荷载可定为试件的滑移荷载：（1）试验机发生回针现象;（2）试件侧

44、面画线发生错动;（3）X-Y记录仪上变形曲线发生突变;（4） 试件突然发生“嘣”的响声。4、抗滑移系数计算：应根据试验所测得的滑移荷载Nv和螺栓预拉力P的实测值，按下式计算，宜取小数点二位有效数字。第四节 钢材厚度检测一、一般规定1、钢材厚度检测现一般采用超声波测厚仪检测。2、检测数量：应在构件的3个不同部位测量钢材的厚度，取3处测试值的平均值作为钢材厚度的代表值。二、检测设备要求超声测厚仪的主要技术指标项目技术指标显示最小单位 0.1mm工作频率5MHz测量范围板材：1.2mm200mm 管材下限：203测量误差（/100+0.1）mm, 为被测构件的厚度灵敏度能检出距探测面80 mm，直径

45、2 mm的平底孔三、检测步骤1、钢材表面打磨：应清除表面油漆层、氧化皮、锈蚀等，并打磨至露出金属光泽。2、仪器校准：（1）根据检测材料预设声速，不同材料声速不同（2）采用标准块对仪器进行校核。3、耦合、检测：应采用耦合剂涂于被测处，探头与被测构件耦合后即可测量。四、检测结果的评价检测结果应以设计图纸及相应产品标准为依据进行评价。第五节 钢结构焊接质量无损检测一、金属探伤五种无损检测方法无损检测技术基本原理 能检测出的缺陷磁粉检测(MT)磁场作用表面及近表面缺陷渗透检测(PT)毛细管作用表面开口缺陷涡流检测(ET)电磁感应作用表面及近表面缺陷，压力容器（建筑行业应用较少）超声波检测(UT)超声波

46、反射原理 内部缺陷，对面积型缺陷(如裂纹、未熔合)较敏感射线照测(RT)射线衰减原理 内部缺陷，对体积型缺陷(如气孔、夹渣)较敏感二、无损检测人员的资质无损检测人员的级别分为：级 -培训、通过理论考试、实际操作考试，取得证书后能进行检测，但不能编写检测报告(不负责检测结果的评定)。级 -培训、通过理论考试、实际操作考试，取得证书后既能进行检测，又能编写检测报告。级 -培训，通过理论(含专门技术、通用技术)考试、编制工艺考试，能检测、编写检测报告还能解释标准、规范。 其中级、级省内可发，级要求大学本科学历或有级证书并工作一年以上才可报名。级需通过国家统一考试。三、磁粉检测1、基本原理：外加磁场对

47、工件(只能是铁磁性材料)进行磁化，被磁化后的工件上若不存在缺陷，则它各部位的磁特性基本一致，而存在裂纹、气孔或非金属物夹渣等缺陷时，由于它们会在工件上造成气隙或不导磁的间隙，使缺陷部位的磁阻大大增加，工件内磁力线的正常传播遭到阻隔，根据磁连续性原理，这时磁化场的磁力线就被迫改变路径而逸出工件，并在工件表面形成漏磁场，如下图。漏磁场的强度主要取决磁化场的强度和缺陷对于磁化场垂直截面的影响程度。利用磁粉就可以将漏磁场给予显示或测量出来，从而分析判断出缺陷的存在与否及其位置和大小。 将铁磁性材料的粉未撒在工件上，在有漏磁场的位置磁粉就被吸附，从而形成显示缺陷形状的磁痕，能比较直观地检出缺陷。这种方法

48、是应用最早、最广的一种无损检测方法。2、适用范围：磁粉检测适用于铁磁性材料熔化焊缝的表面或近表面缺陷的检测。3、磁粉检测设备与器材：（1）磁轭：磁扼法是用固定式电磁轭两磁极夹住工件进行整体磁化，或用便携式电磁轭两磁极接触工件表面进行局部磁化，如图所示，用于发现与两磁极连线垂直的缺陷。在磁轭法中，工件是闭合磁路的一部分,用磁极间对工件感应磁化，所以磁轭法也称为极间法，属于闭路磁化。（2）磁粉：一般用工业纯铁或氧化铁制作，通常用四氧化三铁(Fe3O4)制成细微颗粒的粉末作为磁粉。磁粉可分为荧光磁粉和非荧光磁粉两大类，荧光磁粉是在普通磁粉的颗粒外表面涂上了一层荧光物质，使它在紫外线的照射下能发出荧光

49、，主要的作用是提高了对比度，便于观察。4、检测步骤：一般步骤：预处理磁化施加磁粉观察记录-后处理。（1）预处理：将构件表面的油脂、涂料以及铁锈等去掉，以免影响磁粉附着在缺陷上。（2）磁化 ：选用适当的磁化方法和磁化电流，接通电源，对构件进行磁化。如下图：（3）施加磁粉 按所选的干法或湿法施加干粉或磁悬液。（4）观察记录 用非荧光磁粉探伤时，在光线明亮的地方，用自然光或灯光进行观察；用荧光磁粉探伤时，则在暗室等暗处用紫外灯进行观察。（5）后处理： 清除检测部位表面磁粉并清洗干净，及时进行防锈处理，检测构件如因剩磁影响使用时，应及时进行退磁。5、结果评价：磁粉检测可允许有线型缺陷和圆型缺陷存在。当

50、缺陷磁痕为裂纹缺陷时，应直接评定为不合格。四、渗透检测1、一般规定：（1）工作原理：钢材表面施涂含有荧光燃料或着色燃料的渗透剂后，在毛细作用下，经过一定时间，渗透剂可以渗入表面开口缺陷中；去除工件表面多余的渗透剂，经干燥后，再在工件表面施涂吸附介质-显像剂；同样在毛细作用下，显像剂将吸引缺陷中的渗透剂；在一定光源下，缺陷处的渗透剂痕迹被显示，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。（2）检测范围：钢结构原材料表面开口性缺陷，可按本章的规定进行检测。（3）检测环境：渗透检测的环境及被检测部位的温度宜在1050范围内。当温度低于10或高于50时，应按现行行业标准承压设备无损检测 第5部分 渗透检测JB/T

51、 4730.5附录B进行灵敏度的对比试验。2、试剂与器材： （1） 渗透检测剂分为渗透剂、去除剂和显像剂三大类。渗透剂渗透剂的去除显像剂分类名称方法名称分类方法荧光渗透检测着色渗透检测AB水洗型渗透检测亲油型后乳化渗透检测ab干粉显像剂水溶解显像剂荧光、着色渗透检测CD溶剂去除型渗透检测亲水型后乳化渗透检测cde水悬浮显像剂溶剂悬浮显像剂自显像现场检测宜采用非荧光着色渗透检测，渗透剂可采用喷罐式的水洗型或溶剂去除型，显像剂可采用快干式的湿显像剂。（2）渗透检测应配备铝合金试块(A型对比试块)和不锈钢镀铬试块(B型灵敏度试块)，其技术要求应符合现行行业标准无损检测 渗透检测用试块JB/T6064

52、的规定。3、检测步骤：渗透检测应按照预处理、施加渗透剂、去除多余渗透剂、干燥、施加显像剂、观察与记录、后处理等步骤进行。（1）预处理对检测面上的铁锈、氧化皮、焊接飞溅物、油污以及涂料应进行清理。应清理从检测部位边缘向外扩展30mm的范围；机加工检测面的表面粗糙度（Ra）不宜大于12.5m，非机械加工面的粗糙度不得影响检测结果；对清理完毕的检测面应进行清洗；检测面应充分干燥后，方可施加渗透剂。（2）施加渗透剂施加渗透剂时，可采用喷涂、刷涂等方法，使被检测部位完全被渗透剂所覆盖。在环境及工件温度为1050的条件下，保持湿润状态不应少于10min。（3）去除多余渗透剂去除多余渗透剂时，可先用无绒洁净

53、布进行擦拭。在擦除检测面上大部分多余的渗透剂后，再用蘸有清洗剂的纸巾或布在检测面上朝一个方向擦洗，直至将检测面上残留渗透剂全部擦净。（4）干燥清洗处理后的检测面，经自然干燥或用布、纸擦干或用压缩空气吹干。干燥时间宜控制在5min10min之间。（5）施加显像剂宜使用喷罐型的快干湿式显像剂进行显像。使用前应充分摇动，喷嘴宜控制在距检测面300mm400mm处进行喷涂，喷涂方向宜与被检测面成3040的夹角，喷涂应薄而均匀，不应在同一处多次喷涂，不得将湿式显像剂倾倒至被检面上。（6）观察与记录施加显像剂后宜停留7min30min后，方可在光线充足的条件下观察迹痕显示情况；缺陷的迹痕可采用照相、绘图、粘贴等方法记录。（7）后处理4、检测结果的评价渗透检测可允许有线型缺陷和圆型缺陷存在。当缺陷迹痕为裂纹缺陷时，应直接评定为不合格。五