土木工程-钢材试验与检测课件

1、钢材试验与检测任务目标： 掌握建筑钢材的主要技术性质； 了解化学成分对钢材性能的影响；熟悉常用建筑钢材的标准与选用；熟悉钢材的常用防护措施；具有对钢筋混凝土结构常用钢筋质量检测的能力主 要 内 容概述1用途与分类 23钢筋试验与检测钢材的化学性能4钢材的标准及选用6钢材的冷加工及时效强化5 土木工程中所用的钢材是指用于钢结构的各种型钢（如圆钢、角钢、工字钢等）、钢板和钢管以及钢筋混凝土用的各种钢筋和钢丝等。 钢材广泛应用于铁路、桥梁、房屋建筑等各种工程中，是土木工程用量最大的金属材料。2 用途及分类2.1型钢(structural steel)简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截

2、面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。槽钢钢轨等边角钢2.2 线材(钢筋、钢丝等）(steel、steel wire）2.3 管材 （无缝钢管、焊接钢管等）（Steel tube）2.4 板材（光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。）(Steel plate)压型彩钢板时间：1999年1月4日原因：建桥使用的钢筋质量有严重问题。后果：死亡49人重庆市綦江县虹桥坍塌1.1 钢材质量引发的工程事故韩国首尔桑苏大桥坍塌时间：1994年10月21日原因：大桥在维护过程中出现的焊接失误及大桥的设计缺陷和施工建筑期间的种种问题导致大桥坍塌。后果：31人死亡。原因：钢材耐疲劳性能不合格后果：大约50辆汽车因桥梁

3、倒塌而落入水中或者跌落地面。时间：2007年8月1日美国明尼苏达桥梁倒塌 任务1：工地新进一批光圆钢筋，假若你负责验收及检测，请各小组讨论，说说你的验收步骤是什么？你会从哪些方面检测？请用“关键词”把检测内容在A3白纸上写下来。 （6min）2、同一炉罐号、同一牌号、同规格、交货状态分批检验和验收，每批质量不大于60t。1、钢筋应有出厂证明书或试验报告单。3、外观检查从每批钢筋中抽取5%进行； 机械性能试验从每批钢筋中任意抽取两根。3.1 验收方法 机械性能试验从每批钢筋中任意抽取两根，与每根钢筋任意一端切去500mm，然后各取一套试样（两根试件），在每套试件中取一根作拉力试验，另一根作冷弯试

4、验。3.3 取样方法机械性能1、拉力试验3.4 检测2、冷弯试验机械性能试验包括拉力试验和冷弯试验两个项目，两个项目中如有一个项目不合格，该批钢筋就是不合格品。机械性能检测是？3.4.1 拉力试验GB-T228.1-2010-金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法试件拉伸前和断裂后标距的长度2）拉力试验还能反映钢材的塑性钢材的塑性通常用伸长率（extension percentage）或断面收缩率（ percentage reduction in area）来表示 。3）拉力试验结果评定 在拉力试验的两根试件中，如其中一根试件的屈服点、抗拉强度和伸长率三个指标中有一个指标达不到标准中规定的

5、数值，应再抽取双倍（4根）试件重做试验，如仍有一根试件的一个指标达不到标准要求，则不论这个指标在第一次试件中是否达到标准要求，拉力试验项目也作为不合格。思考题 5和10分别表示L0=5d 0和L0=10d 0时的伸长率。对同一种钢材5与10 的关系是？答案 对同一种钢材5大于10。这是因为钢材中各段在拉伸的过程中伸长量是不均匀的,颈缩处的伸长率较大。请观察图中、两种低碳钢的应力应变曲线的差异。讨论下述问题：(1) 若对于变形要求严格的构件，、两种低碳钢选用谁者更合适。(2) 使用、两种钢材，哪一个安全性较高。思考题从、两条曲线比较可知，低碳钢的弹性模量E小于低碳钢，也就是说，低碳钢的抗变形能力

6、不如低碳钢。对于变形要求严格的构件选用低碳钢更为合适。(1) 若对于变形要求严格的构件，、两种低碳钢选用谁者更合适。 、两种低碳钢的屈服强度s相近，但低碳钢的抗拉强度b高于，即其屈强比s/b 较小。屈强比值越小，反映钢材超过屈服点工作时可靠性越大，结构的安全性越高。(当然，屈强比过小时，表示钢材强度的利用率偏低，不合理。）(2) 使用、两种钢材，哪一个安全性较高。小作业思考型钢如何检测拉伸性能？画出钢筋拉伸试验检测详细步骤图。（30min）注意断口位置！3.4.2冷弯性能(cold bending properties)1)冷弯是指钢材在常温下承受规定弯曲变形的能力，以试验时的弯曲角度和 弯心

7、直径d对试件厚度（或直径）的比值来表示的。2）钢材的冷弯试验是通过直径(或厚度)为a的试件，采用标准规定的弯心直径d（d = na,n为整数），弯曲到规定的角度时（180或90），冷弯金属材料弯曲试验方法GB.T232-2010检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。若没有这些现象则认为冷弯性能合格。钢材冷弯时的弯曲角度越大，弯心直径越小，则表示冷弯性能越好 。冷弯试验中，如有一根试件不符合标准要求，应同样抽取双倍钢筋，制作双倍试件重做试验，如仍有一根试件不符合标准要求，冷弯试验项目即为不合格。3）冷弯试验结果评定当发现钢筋脆断、焊接性能不良或力学性能显著不正常等现象时 ,应对该批钢筋进行化学成

8、分检验或其他专项检验（冲击韧性、疲劳强度、焊接性能等）。 3.4.3、其他性能检测（1）钢材的冲击韧性（impact toughness）是处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作用下折断时冲击吸收功。钢材的冲击韧性试验是将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使切槽位于受拉的一侧。韧性材料断口脆性材料断口（2）受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏（fatigue failure）。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。 1994年10月21日韩国汉城汉江圣水大桥中段50 m长的桥体象刀切一样坠入江中，造成多人死

9、亡。该桥由韩国最大的建筑公司之一东亚建设产业公司于1979建成。 事故原因调查团经五个多月的各种试验和研究，于次年4月2日提交了事故报告。事故原因主要有以下两方面：a.东亚建筑公司没有按图纸施工，在施工中偷工减料，利用疲劳性能很差的劣质钢材，这是事故的直接原因。b.当时韩国缩短工期及汉城市政当局在交通管理上疏漏也是大桥倒塌的主要原因。设计负载限制为32 t，建成后交通流量逐年增加，超常负荷，倒塌时负载为43.2 t。原因分析(3) 焊接性能（welding performance）焊接是把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。 钢材

10、的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。 钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。随钢材的含碳量、合金元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低。钢材的含碳量超过0.25时，可焊性明显降低；硫含量较多时，会使焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。钢材的焊接须执行有关规定。 某烧结矿仓库运输廊道于1965年1月发生倒塌。事故发生时室外气温为36左右。经现场调查及取样试验可知所用的沸腾钢含碳0.230.25，含硫0.06，焊接质量差。请分析事故原因。 原因之一是所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性断裂。所

11、用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构钢材要求，即含碳不超过0.22，含硫量不超过0.055 。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。原因之二是断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有应力集中现象，助长了此衍架的断裂破坏。经检查，多处焊缝明显未焊透，有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质量差。原因分析它是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。（4）硬 度（hardness）一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。所以，工程中有时用硬度来间接推算材料的强度。 4 钢材的化学性能（1）含碳量对建

12、筑钢材力学性能的影响随着含碳量的增加，强度、硬度明显提高，塑性、韧性显著降低。同时还将使钢的冷弯、焊接及抗腐蚀等性能降低，并增加钢的冷脆性和时效敏感性。（2）（硅1%以内）、（锰1%以内）、钛、钒、铌等为合金元素。 （有益元素）磷（P）是矿石带到钢中的，以Fe3P存在，能使钢的塑性和韧性显著降低，在低温表现更明显,即冷脆现象。 (有害元素）（3）常存杂质对碳素钢性能的影响主要杂质：磷、氮、硫、氧。硫（S）的影响：矿料、燃料带入杂质，以FeS形式存在，在钢的热加工时引起钢的脆裂，即热脆性。(有害元素）消除S的有效方法：增加锰的含量形成硫化锰，消除“红脆现象”。化学元素（ ）强度硬度塑性韧性可焊性

13、其他碳（C）1% 冷脆性锰（Mn） 脱氧、硫剂钛（Ti）强脱氧剂钒（V)时效磷（P）偏析、冷脆氮（N）冷脆性硫（S）氧（O）化学元素对钢材性能的影响表 5.1 冷加工方法及作用5.1.1 冷加工（cold-working strengthening）：在常温下进行加工，使其产生一定的塑性变形，钢材的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。（亦称加工硬化，或冷作强化）。5 钢材的冷加工及时效强化5.1.2 作用：（1）屈服强度提高，抗拉强度不变。（2）节约钢材。（3）除锈、调直。三冷作业：冷拉、冷拔、冷轧。钢筋经冷拉后，一般屈服点可提高2030，可节约钢材10% 20%。钢材经冷拉后屈服阶段缩短

14、，伸长率降低，材质变硬。（1）冷拉冷拉是将热轧钢筋用冷拉设备加力进行张拉，使之伸长。钢筋冷拉夹具预应力筋张拉与钢筋冷拉有何区别？ 思考题（1）钢筋冷拉是为了提高钢筋的设计强度，节省钢材。冷拉是将钢筋拉至其-曲线的强化阶段内任一点处,然后缓慢卸去荷载，则当再度加载时，其屈服极限将有所提高。（2）预应力筋的张拉是利用钢筋的弹性力对受拉区混凝土建立预应力，以提高结构的抗裂性、刚度和耐久性。答案 冷拔是将光圆钢筋通过拔丝机中硬质合金做成的比钢筋直径小 0.51.0 mm的冷拔模强行拉拔。每次拉拔断面缩小应在10%以下。经过一次或多次冷拔后得到的冷拔低碳钢丝，其屈服点可提高4060。（2）冷拨 冷拔作用

15、比纯拉伸的作用强烈，钢筋不仅受拉，而且同时受到挤压作用。区别硬质合金拉丝模拔丝模 冷轧是将圆钢在轧钢机上轧成断面形状规则的钢筋，可以提高其强度及与混凝土的粘接力。钢筋在冷轧时，纵向与横向同时产生变形，因而能较好地保持其塑性和内部结构的均匀性。 （3）冷轧冷加工的经济效益 经过冷加工的钢材可适当减小钢筋混凝土结构设计截面，或减小混凝土中配筋数量，从而达到节约钢材、降低成本的目的。钢筋的冷拉还有利于简化施工工序。但冷拔钢丝的屈强比较大，相应的安全储备较小。1、时效：钢材在长时间的搁置中，尤其在经冷加工后，会自发地呈现强度和硬度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。5.2 时效强化人工时效：将经过冷

16、加工的钢筋加热到100C 200 C 并保持一定时间。自然时效：将经过冷加工的钢筋于常温下存放15 20天。2、作用：优点：屈服强度、抗拉强度及硬度提高。缺点：塑性、韧性下降 。 6 钢材的标准与选用 碳素结构钢和低合金钢这类钢，分为通用钢和专用钢两类。6.1 钢结构用钢碳素结构钢的牌号由4个要素组成：脱氧程度代号，F代表沸腾钢；Z代表镇静钢；TZ代表特殊镇静钢，（Z、TZ符号可予以省略。)钢材屈服点数值质量等级代号分A、B、C、D四级钢材屈服点代号，以“屈”字汉语拼音首位字母“Q”表示6.1.1碳素结构钢（carbon structural steel）（GB/T7002006）如：Q235

17、AF表示为屈服点不小于235MPa的A级沸腾钢。2.牌号：共有Q195、Q215、Q235、Q275四个牌号。随着牌号的增大，其含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好，如Q235C、Q235D级优于Q235A、Q235B级。3.技术要求：化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700规定。Q195强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好，主要用于轧制薄板和盘条。Q215与Q195钢基本相同，其强度稍高，大量用做管坯、螺栓等。Q275强度、硬度较高，耐磨性较好，但塑性、冲击韧性和可焊性差，不宜在建筑结构中使用，主要用于制造轴类、农具、耐磨

18、零件和垫板等。常用几种碳素结构钢的应用Q235土木工程中主要使用Q235碳素结构钢。 Q235号钢强度适中，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也较好。大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。 Q235良好的塑性可保证钢结构在超载、冲击、焊接、温度应力等不利因素作用下的安全性，因而Q235能满足一般钢结构和钢筋混凝土用钢的要求。 华北某厂需焊接一座露天需承受动荷载的钢支架，该厂已有三种碳素结构钢，厚度均为80 mm，Q235抗拉强度已可满足设计要求。三种钢材的价格是ABC。请选用。A、Q235AF B、Q235B C、Q235C钢支架的钢材选用思考题Q235-A一般用于只承受静荷载

19、作用的钢结构。Q235-B适合用于承受动荷载焊接的普通钢结构，Q235-C适合用于承受动荷载焊接的重要钢结构，Q235-D适合用于低温环境使用的承受动荷载焊接的重要钢结构。答案6.1.2 优质碳素结构钢 应符合国际标准优质碳素结构钢技术性质的规定。 由其含锰量不同可分为普通含锰量（含锰0.8%，共20个钢号）和较高含锰量（含锰0.7%1.2%，共11个钢号）两组。 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，它表示钢中平均含碳量的万分数。如45，表示钢中平均含碳量为0.45。 数字后若有锰字或Mn，则表示属较高锰含量的钢，否则为普通锰含量钢。如35Mn表示平均含碳量0.35，含锰量为0.71.0。若是

20、沸腾钢或半镇静钢，还应在牌号后面加沸（或F）或半（或b）。优质碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量高，则强度高，但塑性和韧性降低。在建筑工程中，3045号钢主要用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓等，45号钢用做预应力混凝土锚具，6580号钢用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。优质碳素结构钢的应用6.1.3高级优质碳素钢与特级优质碳素结构钢6.1.4 合金钢 6.1.5 低合金高强度结构钢（high strength low alloy structural steel）低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素（总含量小于5%）的一种钢材。质量等级符合，分A、B、C、

21、D、E五级屈服点数值代表屈服点的汉语拼音字母Q（1）牌号表示方法由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。如：Q345A表示屈服点不小于345MPa的A级钢。（2）应用Q295，钢中只含有极少量合金元素，强度不高，但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。Q345、Q390，综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载的焊接结构。Q420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。主要用于大型工程结构及要求强度高、荷载大的

22、轻型结构。3.技术要求化学成分、力学性能、冷弯性能应符合国家标准低合金高强度结构钢 的（GB15912008）的规定。2.牌号共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。6.2 钢筋混凝土用钢6.2.1热轧钢筋（1）生产:采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。（2）分类：钢筋混凝土用热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。 （3）牌号热轧直条光圆钢筋 ：HPB热轧带肋钢筋：HRB、HRBFH、P、B分别为热轧（Hot rolled）、光滑（plain）、钢筋（Bars）三个词的英文首位字母。H、R、B分别为热轧（Hot rolled）、带肋（Ribbed）钢筋（Bars）三个词英文首位

23、字母。HRBF（hot rolled bars of fine grains）细晶粒热轧钢筋 推荐公称尺寸：光圆：8、10、12、16、20 ；带肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40、50mm 。 热轧钢筋力学性能标准牌号屈服强度（Mpa）抗拉强度（Mpa）伸长率（%）GB 1499.1-2008HPB235235370525HPB300300420525GB 1499.2-2007HRB335335490516HRB400400570514HRB500500630512HRBF335335490516HRBF400400570514HRBF500500630512 热轧钢筋的

24、工艺性能 (GB1499.1-2008、GB 1499.2-2007)牌号公称直径d/mm弯曲试验 d=弯心直径，a=试样直径HPB235、HPB300820180d=aHRB335HRBF33562528404050180d=3a180d=4a180d=5aHRB400HRBf40062528404050180d=4a180d=5a180d=6aHRB500HRBF50062528404050180d=6a180d=7a180d=8a（1）概述：低碳热轧圆盘条的公称直径为5.530mm，大多通过卷线机成盘卷供应，因此称为盘条、盘圆或线材。（2）牌号：低碳热轧圆盘条的牌号表示方法由屈服点符号、

25、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号、用途类别符号等五个内容表示。 6.2.2 低碳热轧圆盘条（3）力学性能和工艺性能 低碳热轧圆盘条的力学性能和工艺性能 用途牌号力学性能弯曲试验180d=弯心直径a=试样直径抗拉强度（MPa）伸长率10（100%）拉丝等用Q195不大于410不小于30d=0Q215不大于435不小于28d=0Q235不大于500不小于23d=0.5aQ275不大于540不小于21d=1.5a（4）每卷盘条的重量不应小于l000kg，每批允许有5%的盘数(不足2盘的允许有2盘)由两根组成,但每根盘条的重量不少300kg，并且有明显标识。6.2.3 冷轧带肋钢筋(cold r

26、olled ribbed steel wires and bars)（1）冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或二面横肋的钢筋。根据国家标准GB 137882000冷轧带肋钢筋的规定，冷轧带肋钢筋的牌号由CRB和钢筋的抗拉强度最小值构成。（2）C、R、B分别为冷轧（cold rolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bar）三个词的英文首位字母。冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五个牌号。 CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土钢筋。CRB550钢筋的公称直径范围为412mm。CRB650及以上牌号钢筋的公称直径为4、5、6mm。（3）冷轧带肋钢筋克服了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点，同时具有和冷拉、冷拔相近的强度,因此在中、小型预应力混凝土结构构件和普通混凝土结构