第九章钢结构检测

建筑钢材的检测与应用2023/2/51SchoolofUrbanConstructionandManagement2023/2/52钢材的主要技术性能一.钢材的力学性能1.拉升性能钢材的强度可分为拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和剪切强度几种。通常以拉升强度作为最基本的强度值。将低碳钢制成一定规格的试件，放在材料机上进行拉伸试验，可以绘制出如图所示应力—应变曲线。钢材的拉伸性能可以通过该图来表示。全过程分为：弹性(OA)、屈服(AB)、强化(BC)和颈缩(CD)阶段2023/2/53钢材的主要技术性能(1)弹性阶段曲线的OA段是一条直线，应力与应变成正比。卸去外力后试件能恢复原来的形状，这种性质即为弹性，此阶段变形为弹性变形。A点称为弹性极限。应力与应变的比值为常数，即为弹性模量E=s/e，单位是MPa。弹性模量是反映刚才钢材抵抗弹性变形的能力。2023/2/54钢材的主要技术性能(2)屈服阶段应力超过A点后，应力、应变不再成正比关系，开始出现塑性变形。应力增长滞后于应变增长。当应力达到B上点（上屈服点）后，瞬时下降至B下点（下屈服点），变形迅速增加而此时外力则大致在恒定位置上波动。与B下对应的应力称为屈服点。2023/2/55钢材的主要技术性能(3)强化阶段应力超过屈服强度后，钢材抵抗塑性变形的能力又重新提高，B→C呈上升曲线，称为强化阶段。对应于最高C的应力值称为极限抗拉强度，简称抗拉强度。屈服点与抗拉强度的比值称为屈强比，反映了刚才的利用率和安全可靠程度。屈强比小反映了刚才在受力超过屈服点工作时的可靠程度大，结构安全度高。但若屈强比太小刚才的利用率低。2023/2/56钢材的主要技术性能(4)颈缩阶段试件受力达到最高点C后，其抵抗变形的能力明显降低，应力下降试件被拉长，在有杂质或缺陷处断面急剧缩小，直至断裂。将拉断后的试件拼合起来，测定出标距范围内的长度L1，L1与试件原标距L0之差为塑性变形值，它与L0之比称为伸长率。伸长率过大说明刚才的塑性越好。而伸长率过大结构易产生较大变形，影响实际使用。2023/2/57钢材的主要技术性能中碳钢与高碳钢（硬钢）的拉伸曲线与低碳钢不同，屈服现象不明显，难以测定屈服点。则规定产生残余变形为原标距长度的0.2%时所对应的应力值，作为硬钢的屈服强度，也称条件屈服点。2023/2/58钢材的主要技术性能2.冲击性能冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。规范规定是以刻槽的标准试件，在冲击试验的摆锤冲击下，以破坏后缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）来表示，符号ak。ak越大冲击试件消耗的能量越多，钢材的冲击韧性越好。2023/2/59钢材的主要技术性能钢材的冲击韧性还受温度和时间的影响温度：开始时随温度的下降，冲击韧性降低很小，此时破坏的钢件端口呈韧性断裂状；当温度降至某一温度范围时，ak突然发生明显下降，钢材开始呈脆性断裂，这种性质称为冷脆性，发生冷脆性时的温度称为脆性临界温度。数值越低，钢材的低温冲击性能越好。所以在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较低的钢材。2023/2/510钢材的主要技术性能钢材的冲击韧性还受温度和时间的影响时间：钢材随时间的延长表现出强度提高，塑性和冲击韧性下降的现象称为时效。一般完成时效的过程可达数十年，但钢材如经冷加工或使用中受振动何在的影响，时效可迅速发展。因时效导致钢材性能改变的程度称时效敏感性。时效敏感性越大的钢材，经过时效后冲击韧性的降低就越显著。为了保证安全，对于承受动荷载的重要结构，应当选用时效敏感性小的钢材。2023/2/511钢材的主要技术性能钢材的冲击韧性还受温度和时间的影响温度：开始时随温度的下降，冲击韧性降低很小，此时破坏的钢件端口呈韧性断裂状；当温度降至某一温度范围时，ak突然发生明显下降，钢材开始呈脆性断裂，这种性质称为冷脆性，发生冷脆性时的温度称为脆性临界温度。数值越低，钢材的低温冲击性能越好。所以在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较低的钢材。2023/2/512钢材的主要技术性能3.疲劳强度钢材承受交变荷载的反复作用时，可能在远低于抗拉强度时突然发生破坏，这种破坏称为疲劳破坏。钢材疲劳破坏的指标用疲劳强度，或称疲劳极限表示。疲劳强度是试件在变应力作用下，不发生疲劳破坏的最大应力值，一般把钢材承受交变何在106~107次时不发生破坏的最大应力作为疲劳强度。测定疲劳强度时，应根据结构使用条件确定采用的循环类型（如拉-拉型、拉-压型等）、应力比值（最小与最大应力之比）和周期基数。2023/2/513钢材的主要技术性能4.硬度硬度是指金属材料抵抗硬物压入表面的能力，即材料表面抵抗塑性变形的能力。通常与抗拉强度有一定关系。测定钢材硬度的方法有很多，常用的方法是布氏法，其硬度指标是布氏硬度值。布氏法的测定原理：用直径为D(mm)的淬火钢球以P(N)的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后卸载，即得直径为d(mm)的压痕，以压痕表面积F(mm2)除荷载P，所得的应力值即为试件的布氏硬度值HB，以数字表示不带单位。各类钢材的HB值与抗拉强度关系：HB<175时

sb=0.36HBHB>175时

sb=0.35HB根据此关系可以直接在钢结构上测出钢材HB值，并估算钢材抗拉强度。2023/2/514钢材的工艺性能1.冷弯性能冷弯性能是反映钢材在常温下受弯曲变形的能力。其指标是以试件弯曲的角度a和弯心直径对试件厚度（或直径）的比值（d/a）来表示。试验时采用的弯曲角度越大，弯心直径对试件厚度（或比值）越小，表示对冷弯性能要求越高。冷弯检验是按规定的弯曲角度和弯心直径进行试验，试件的弯曲处不发生裂缝、裂断或起层，即认为冷弯性能合格。相对与伸长率来说，冷弯是对钢材塑性更严格的检验，他能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。并且能揭示焊件在受弯表面存在未熔合、微裂纹及夹杂物等缺陷。2023/2/515钢材的工艺性能2023/2/516钢材的工艺性能2.焊接性能焊接是各种型钢、钢板、钢筋的重要连接方式。焊接结构质量取决与焊接工艺、焊接材料及钢材本身的焊接性能，焊接性能好的钢材，焊口处不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷；焊接后的焊头牢固，硬脆倾向小，特别是强度不低于原有钢材。2023/2/517建筑钢材的检测1.钢材缺陷术语2023/2/518建筑钢材的检测1.钢材缺陷术语2023/2/519建筑钢材的检测1.钢材缺陷术语2023/2/520建筑钢材的检测2.钢材的取样方法及取样位置(1).取样方法1)在产品不同位置取样时，力学性能会有差异。取样位置应具有代表性。2)应在外观及尺寸合格的钢产品上取样。试料应具有足够的尺寸，保证机加工处足够的试样进行规定的试验及复验。3)取样时，应对抽样产品、试料、样坯和试样作出标记，以保证始终能识别取样位置及方向。4)取样时，应防止过热、加工硬化而影响力学性能。2023/2/521建筑钢材的检测2.钢材的取样方法及取样位置(2).取样位置1)型钢①在型钢腿部宽度方向切取拉伸、弯曲、冲击样坯。腿部有斜度的型钢，可在腰部1/4处取样，如图4-21（b）、图4-21（d）所示。经协商也可从腿部取样进行加工。腿部长度不相等的角钢，可从任一腿部取样。②腿部厚度不大于50mm的型钢，当机加工允许时，应按图4-22（a）切取拉伸试样；当切取圆形横截面拉伸试样，按图4-22（b）的规定取样。腿部厚度大于50mm的型钢，当切取圆形横截面样坯时，按图4-22（c）的规定。③在型钢腿部厚度方向切取冲击样坯见图4-232023/2/522建筑钢材的检测2023/2/523建筑钢材的检测2023/2/524建筑钢材的检测2.钢材的取样方法及取样位置(2).取样位置2)钢板①应在钢板宽度1/4处切取拉伸、弯曲和冲击样坯，如图4-24、图4-25所示。②对纵轧钢板，当产品标准没有规定取样方向时，应在钢板宽度1/4处切取横向样坯；如钢板宽度不足，样坯中心可以内移。③当钢板厚度方向切取拉伸样坯见图4-24.当机加工和试验机能力允许时，应按图4-24(a)取样。④在钢板厚度方向切取冲击样坯时，根据产品标准或供需双方协议，选择图4-25规定的取样位置。2023/2/525建筑钢材的检测2023/2/526建筑钢材的检测2.钢材的取样方法及取样位置(2).取样位置3)钢管①在钢管上切取拉绳试样及完全样坯见图4-26。当机加工和试验机能力允许时，应按图4-26(a)取样。如钢管尺寸不能满足要求，可将取样位置向中部位移，如图4-26(c)所示。②对于焊接管，当取横向试样检验焊接性能时，焊缝应在试样中部。③在钢管上切取冲击样坯见图4-27。2023/2/527建筑钢材的检测2023/2/528建筑钢材的检测2.钢材的取样方法及取样位置(2).取样位置3)钢管④全截面圆形钢管可作为如下试验的试样：压扁试验、扩口试验、卷边试验、还扩试验、管换拉伸试验和弯曲试验。⑤在方向钢管上切取拉伸及弯曲样坯见图4-28。当机加工和试验机能力允许时，按图4-28(a)取样。⑥在方形钢管上切取冲击样坯见图4-292023/2/529建筑钢材的检测3.钢筋拉伸试验(1).试验目的测定低碳钢的屈服强度、抗拉强度与延伸率。注意观察拉力与变形之间的变化。确定应力与应变之间的关系曲线，评定钢筋的强度等级。(2).主要仪器设备万能试验机钢筋打点机或画线机、游标卡尺（精度0.1mm）(3).试样准备1).钢筋一般无需进行机加工，保持钢筋原有截面。2).各种型钢一般需采用机加工制备试样。2023/2/530建筑钢材的检测3.钢筋拉伸试验(4).试验方法与步骤1).试验一般在室温10~35℃范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23±5℃。2).原始面积的确定①对于钢筋，均采用钢筋的公称横截面面积。②经机加工的试样应在标距的两端及中间三处进行测量，取用三处测得的最小横截面积。矩形截面试样测量宽度和厚度；圆形截面试样在两个相互垂直方向测量直径，取平均值计算截面积。管状试样在其一端相互垂直方向测量外径和壁厚，取平均值计算截面积。通过计算得出的原始及诶安吉应至少保留4位有效数字。2023/2/531建筑钢材的检测3.钢筋拉伸试验3).标记原始标记(L0)试件长度应大于夹持长度加原始标距长度。可以用钢筋试样标距仪标距处两个或一系列等分小冲点或细画线标出原始标距（标记布应影响试样断裂），测量标距长度L0（精确至0.1mm），如图4-30所示。2023/2/532建筑钢材的检测3.钢筋拉伸试验3).标记原始标记(L0)进行原始标距标记时，如平行长度比原始标距长许多时，应标记一系列套叠的原始标记。可将每个原始标距按3或3的整数倍进行等分。2023/2/533建筑钢材的检测3.钢筋拉伸试验4).将试样夹持在试验机夹头内。开动试验机进行拉伸，试验机活动夹头的分离速率应尽可能保持恒定，拉伸速度为屈服前应力增加速率。弹性模量小于150GPa时最小2MPa／s、最大20MPa／s。大于150GPa时最小最大分别为6、60MPa／s。5).加载时要认真观测，拉伸过程中测力度盘的主指针暂时停止转动时的荷载，或主指针回转后的最小荷载，即为所求屈服点。继续拉绳，副指针所指的恒定何在即为所求的最大的荷载。6).将已拉断试样的两段在断裂处对齐，尽量使其轴线位于一条直线上。如拉断处于各种原因形成缝隙，则此缝隙应计入试样拉断后的标距部分长度内。2023/2/534建筑钢材的检测3.钢筋拉伸试验(5).结果计算与数据处理屈服强度抗拉强度伸长率2023/2/535建筑钢材的检测4.钢筋冷弯试验(1).试验目的测定钢筋在冷加工时承受规定弯曲程度的弯曲变形能力，显示其缺陷，评定钢筋质量。(2).主要仪器设备万能试验机或压力机；附有两支辊，支辊间距可以调节；还应附有不同直径弯心，弯心直径按有关标准规定。(3).试样准备1).宽度：产品宽度不大于20mm时，试样宽度为原产品宽度；产品宽度大于20mm时，厚度小于3mm时，试样宽度为20mm±5mm；厚度不小于3mm时，宽度在20~50mm之间。2).厚度或直径：产品厚度不大于25mm时，试样厚度为原产品的厚度；产品的厚度大于25mm时，加工减薄至不小于25mm并保留一侧原表面。完全试验时应保留受拉变形一次表面。3).长度：试样长度应根据试样厚度和所使用的试验设备确定2023/2/536建筑钢材的检测4.

钢筋冷弯试验(4).试验方法与步骤1).试验前测量试件尺寸是否合格；根据钢筋级别，确定弯心直径，弯曲角度，调节支辊间距。间距：l=(d+3a)±0.5a2).按照规定的弯心直径和弯曲角度进行弯曲，试验过程中应平稳地对试件施加压力。弯曲程度可分为三类①达到某规定角度的弯曲。②绕着弯心弯到两面平行时的程度③弯到两面接触时的重合弯曲2023/2/537建筑钢材的检测4.

钢筋冷弯试验3).重合弯曲时，应线将试样完