第九章鋼結(jié)構(gòu)檢測

建筑鋼材的檢測與應(yīng)用2023/2/51SchoolofUrbanConstructionandManagement2023/2/52鋼材的主要技術(shù)性能一.鋼材的力學(xué)性能1.拉升性能鋼材的強(qiáng)度可分為拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度幾種。通常以拉升強(qiáng)度作為最基本的強(qiáng)度值。將低碳鋼制成一定規(guī)格的試件，放在材料機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，可以繪制出如圖所示應(yīng)力—應(yīng)變曲線。鋼材的拉伸性能可以通過該圖來表示。全過程分為：彈性(OA)、屈服(AB)、強(qiáng)化(BC)和頸縮(CD)階段2023/2/53鋼材的主要技術(shù)性能(1)彈性階段曲線的OA段是一條直線，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。卸去外力后試件能恢復(fù)原來的形狀，這種性質(zhì)即為彈性，此階段變形為彈性變形。A點(diǎn)稱為彈性極限。應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù)，即為彈性模量E=s/e，單位是MPa。彈性模量是反映剛才鋼材抵抗彈性變形的能力。2023/2/54鋼材的主要技術(shù)性能(2)屈服階段應(yīng)力超過A點(diǎn)后，應(yīng)力、應(yīng)變不再成正比關(guān)系，開始出現(xiàn)塑性變形。應(yīng)力增長滯后于應(yīng)變增長。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B上點(diǎn)（上屈服點(diǎn)）后，瞬時(shí)下降至B下點(diǎn)（下屈服點(diǎn)），變形迅速增加而此時(shí)外力則大致在恒定位置上波動。與B下對應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)。2023/2/55鋼材的主要技術(shù)性能(3)強(qiáng)化階段應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度后，鋼材抵抗塑性變形的能力又重新提高，B→C呈上升曲線，稱為強(qiáng)化階段。對應(yīng)于最高C的應(yīng)力值稱為極限抗拉強(qiáng)度，簡稱抗拉強(qiáng)度。屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度的比值稱為屈強(qiáng)比，反映了剛才的利用率和安全可靠程度。屈強(qiáng)比小反映了剛才在受力超過屈服點(diǎn)工作時(shí)的可靠程度大，結(jié)構(gòu)安全度高。但若屈強(qiáng)比太小剛才的利用率低。2023/2/56鋼材的主要技術(shù)性能(4)頸縮階段試件受力達(dá)到最高點(diǎn)C后，其抵抗變形的能力明顯降低，應(yīng)力下降試件被拉長，在有雜質(zhì)或缺陷處斷面急劇縮小，直至斷裂。將拉斷后的試件拼合起來，測定出標(biāo)距范圍內(nèi)的長度L1，L1與試件原標(biāo)距L0之差為塑性變形值，它與L0之比稱為伸長率。伸長率過大說明剛才的塑性越好。而伸長率過大結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生較大變形，影響實(shí)際使用。2023/2/57鋼材的主要技術(shù)性能中碳鋼與高碳鋼（硬鋼）的拉伸曲線與低碳鋼不同，屈服現(xiàn)象不明顯，難以測定屈服點(diǎn)。則規(guī)定產(chǎn)生殘余變形為原標(biāo)距長度的0.2%時(shí)所對應(yīng)的應(yīng)力值，作為硬鋼的屈服強(qiáng)度，也稱條件屈服點(diǎn)。2023/2/58鋼材的主要技術(shù)性能2.沖擊性能沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載而不被破壞的能力。規(guī)范規(guī)定是以刻槽的標(biāo)準(zhǔn)試件，在沖擊試驗(yàn)的擺錘沖擊下，以破壞后缺口處單位面積上所消耗的功（J/cm2）來表示，符號ak。ak越大沖擊試件消耗的能量越多，鋼材的沖擊韌性越好。2023/2/59鋼材的主要技術(shù)性能鋼材的沖擊韌性還受溫度和時(shí)間的影響溫度：開始時(shí)隨溫度的下降，沖擊韌性降低很小，此時(shí)破壞的鋼件端口呈韌性斷裂狀；當(dāng)溫度降至某一溫度范圍時(shí)，ak突然發(fā)生明顯下降，鋼材開始呈脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為冷脆性，發(fā)生冷脆性時(shí)的溫度稱為脆性臨界溫度。數(shù)值越低，鋼材的低溫沖擊性能越好。所以在負(fù)溫下使用的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選用脆性臨界溫度較低的鋼材。2023/2/510鋼材的主要技術(shù)性能鋼材的沖擊韌性還受溫度和時(shí)間的影響時(shí)間：鋼材隨時(shí)間的延長表現(xiàn)出強(qiáng)度提高，塑性和沖擊韌性下降的現(xiàn)象稱為時(shí)效。一般完成時(shí)效的過程可達(dá)數(shù)十年，但鋼材如經(jīng)冷加工或使用中受振動何在的影響，時(shí)效可迅速發(fā)展。因時(shí)效導(dǎo)致鋼材性能改變的程度稱時(shí)效敏感性。時(shí)效敏感性越大的鋼材，經(jīng)過時(shí)效后沖擊韌性的降低就越顯著。為了保證安全，對于承受動荷載的重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選用時(shí)效敏感性小的鋼材。2023/2/511鋼材的主要技術(shù)性能鋼材的沖擊韌性還受溫度和時(shí)間的影響溫度：開始時(shí)隨溫度的下降，沖擊韌性降低很小，此時(shí)破壞的鋼件端口呈韌性斷裂狀；當(dāng)溫度降至某一溫度范圍時(shí)，ak突然發(fā)生明顯下降，鋼材開始呈脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為冷脆性，發(fā)生冷脆性時(shí)的溫度稱為脆性臨界溫度。數(shù)值越低，鋼材的低溫沖擊性能越好。所以在負(fù)溫下使用的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選用脆性臨界溫度較低的鋼材。2023/2/512鋼材的主要技術(shù)性能3.疲勞強(qiáng)度鋼材承受交變荷載的反復(fù)作用時(shí)，可能在遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度時(shí)突然發(fā)生破壞，這種破壞稱為疲勞破壞。鋼材疲勞破壞的指標(biāo)用疲勞強(qiáng)度，或稱疲勞極限表示。疲勞強(qiáng)度是試件在變應(yīng)力作用下，不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值，一般把鋼材承受交變何在106~107次時(shí)不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力作為疲勞強(qiáng)度。測定疲勞強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)使用條件確定采用的循環(huán)類型（如拉-拉型、拉-壓型等）、應(yīng)力比值（最小與最大應(yīng)力之比）和周期基數(shù)。2023/2/513鋼材的主要技術(shù)性能4.硬度硬度是指金屬材料抵抗硬物壓入表面的能力，即材料表面抵抗塑性變形的能力。通常與抗拉強(qiáng)度有一定關(guān)系。測定鋼材硬度的方法有很多，常用的方法是布氏法，其硬度指標(biāo)是布氏硬度值。布氏法的測定原理：用直徑為D(mm)的淬火鋼球以P(N)的荷載將其壓入試件表面，經(jīng)規(guī)定的持續(xù)時(shí)間后卸載，即得直徑為d(mm)的壓痕，以壓痕表面積F(mm2)除荷載P，所得的應(yīng)力值即為試件的布氏硬度值HB，以數(shù)字表示不帶單位。各類鋼材的HB值與抗拉強(qiáng)度關(guān)系：HB<175時(shí)

sb=0.36HBHB>175時(shí)

sb=0.35HB根據(jù)此關(guān)系可以直接在鋼結(jié)構(gòu)上測出鋼材HB值，并估算鋼材抗拉強(qiáng)度。2023/2/514鋼材的工藝性能1.冷彎性能冷彎性能是反映鋼材在常溫下受彎曲變形的能力。其指標(biāo)是以試件彎曲的角度a和彎心直徑對試件厚度（或直徑）的比值（d/a）來表示。試驗(yàn)時(shí)采用的彎曲角度越大，彎心直徑對試件厚度（或比值）越小，表示對冷彎性能要求越高。冷彎檢驗(yàn)是按規(guī)定的彎曲角度和彎心直徑進(jìn)行試驗(yàn)，試件的彎曲處不發(fā)生裂縫、裂斷或起層，即認(rèn)為冷彎性能合格。相對與伸長率來說，冷彎是對鋼材塑性更嚴(yán)格的檢驗(yàn)，他能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。并且能揭示焊件在受彎表面存在未熔合、微裂紋及夾雜物等缺陷。2023/2/515鋼材的工藝性能2023/2/516鋼材的工藝性能2.焊接性能焊接是各種型鋼、鋼板、鋼筋的重要連接方式。焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量取決與焊接工藝、焊接材料及鋼材本身的焊接性能，焊接性能好的鋼材，焊口處不易形成裂紋、氣孔、夾渣等缺陷；焊接后的焊頭牢固，硬脆傾向小，特別是強(qiáng)度不低于原有鋼材。2023/2/517建筑鋼材的檢測1.鋼材缺陷術(shù)語2023/2/518建筑鋼材的檢測1.鋼材缺陷術(shù)語2023/2/519建筑鋼材的檢測1.鋼材缺陷術(shù)語2023/2/520建筑鋼材的檢測2.鋼材的取樣方法及取樣位置(1).取樣方法1)在產(chǎn)品不同位置取樣時(shí)，力學(xué)性能會有差異。取樣位置應(yīng)具有代表性。2)應(yīng)在外觀及尺寸合格的鋼產(chǎn)品上取樣。試料應(yīng)具有足夠的尺寸，保證機(jī)加工處足夠的試樣進(jìn)行規(guī)定的試驗(yàn)及復(fù)驗(yàn)。3)取樣時(shí)，應(yīng)對抽樣產(chǎn)品、試料、樣坯和試樣作出標(biāo)記，以保證始終能識別取樣位置及方向。4)取樣時(shí)，應(yīng)防止過熱、加工硬化而影響力學(xué)性能。2023/2/521建筑鋼材的檢測2.鋼材的取樣方法及取樣位置(2).取樣位置1)型鋼①在型鋼腿部寬度方向切取拉伸、彎曲、沖擊樣坯。腿部有斜度的型鋼，可在腰部1/4處取樣，如圖4-21（b）、圖4-21（d）所示。經(jīng)協(xié)商也可從腿部取樣進(jìn)行加工。腿部長度不相等的角鋼，可從任一腿部取樣。②腿部厚度不大于50mm的型鋼，當(dāng)機(jī)加工允許時(shí)，應(yīng)按圖4-22（a）切取拉伸試樣；當(dāng)切取圓形橫截面拉伸試樣，按圖4-22（b）的規(guī)定取樣。腿部厚度大于50mm的型鋼，當(dāng)切取圓形橫截面樣坯時(shí)，按圖4-22（c）的規(guī)定。③在型鋼腿部厚度方向切取沖擊樣坯見圖4-232023/2/522建筑鋼材的檢測2023/2/523建筑鋼材的檢測2023/2/524建筑鋼材的檢測2.鋼材的取樣方法及取樣位置(2).取樣位置2)鋼板①應(yīng)在鋼板寬度1/4處切取拉伸、彎曲和沖擊樣坯，如圖4-24、圖4-25所示。②對縱軋鋼板，當(dāng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定取樣方向時(shí)，應(yīng)在鋼板寬度1/4處切取橫向樣坯；如鋼板寬度不足，樣坯中心可以內(nèi)移。③當(dāng)鋼板厚度方向切取拉伸樣坯見圖4-24.當(dāng)機(jī)加工和試驗(yàn)機(jī)能力允許時(shí)，應(yīng)按圖4-24(a)取樣。④在鋼板厚度方向切取沖擊樣坯時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或供需雙方協(xié)議，選擇圖4-25規(guī)定的取樣位置。2023/2/525建筑鋼材的檢測2023/2/526建筑鋼材的檢測2.鋼材的取樣方法及取樣位置(2).取樣位置3)鋼管①在鋼管上切取拉繩試樣及完全樣坯見圖4-26。當(dāng)機(jī)加工和試驗(yàn)機(jī)能力允許時(shí)，應(yīng)按圖4-26(a)取樣。如鋼管尺寸不能滿足要求，可將取樣位置向中部位移，如圖4-26(c)所示。②對于焊接管，當(dāng)取橫向試樣檢驗(yàn)焊接性能時(shí)，焊縫應(yīng)在試樣中部。③在鋼管上切取沖擊樣坯見圖4-27。2023/2/527建筑鋼材的檢測2023/2/528建筑鋼材的檢測2.鋼材的取樣方法及取樣位置(2).取樣位置3)鋼管④全截面圓形鋼管可作為如下試驗(yàn)的試樣：壓扁試驗(yàn)、擴(kuò)口試驗(yàn)、卷邊試驗(yàn)、還擴(kuò)試驗(yàn)、管換拉伸試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)。⑤在方向鋼管上切取拉伸及彎曲樣坯見圖4-28。當(dāng)機(jī)加工和試驗(yàn)機(jī)能力允許時(shí)，按圖4-28(a)取樣。⑥在方形鋼管上切取沖擊樣坯見圖4-292023/2/529建筑鋼材的檢測3.鋼筋拉伸試驗(yàn)(1).試驗(yàn)?zāi)康臏y定低碳鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與延伸率。注意觀察拉力與變形之間的變化。確定應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系曲線，評定鋼筋的強(qiáng)度等級。(2).主要儀器設(shè)備萬能試驗(yàn)機(jī)鋼筋打點(diǎn)機(jī)或畫線機(jī)、游標(biāo)卡尺（精度0.1mm）(3).試樣準(zhǔn)備1).鋼筋一般無需進(jìn)行機(jī)加工，保持鋼筋原有截面。2).各種型鋼一般需采用機(jī)加工制備試樣。2023/2/530建筑鋼材的檢測3.鋼筋拉伸試驗(yàn)(4).試驗(yàn)方法與步驟1).試驗(yàn)一般在室溫10~35℃范圍內(nèi)進(jìn)行。對溫度要求嚴(yán)格的試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度應(yīng)為23±5℃。2).原始面積的確定①對于鋼筋，均采用鋼筋的公稱橫截面面積。②經(jīng)機(jī)加工的試樣應(yīng)在標(biāo)距的兩端及中間三處進(jìn)行測量，取用三處測得的最小橫截面積。矩形截面試樣測量寬度和厚度；圓形截面試樣在兩個(gè)相互垂直方向測量直徑，取平均值計(jì)算截面積。管狀試樣在其一端相互垂直方向測量外徑和壁厚，取平均值計(jì)算截面積。通過計(jì)算得出的原始及誒安吉應(yīng)至少保留4位有效數(shù)字。2023/2/531建筑鋼材的檢測3.鋼筋拉伸試驗(yàn)3).標(biāo)記原始標(biāo)記(L0)試件長度應(yīng)大于夾持長度加原始標(biāo)距長度?？梢杂娩摻钤嚇訕?biāo)距儀標(biāo)距處兩個(gè)或一系列等分小沖點(diǎn)或細(xì)畫線標(biāo)出原始標(biāo)距（標(biāo)記布應(yīng)影響試樣斷裂），測量標(biāo)距長度L0（精確至0.1mm），如圖4-30所示。2023/2/532建筑鋼材的檢測3.鋼筋拉伸試驗(yàn)3).標(biāo)記原始標(biāo)記(L0)進(jìn)行原始標(biāo)距標(biāo)記時(shí)，如平行長度比原始標(biāo)距長許多時(shí)，應(yīng)標(biāo)記一系列套疊的原始標(biāo)記。可將每個(gè)原始標(biāo)距按3或3的整數(shù)倍進(jìn)行等分。2023/2/533建筑鋼材的檢測3.鋼筋拉伸試驗(yàn)4).將試樣夾持在試驗(yàn)機(jī)夾頭內(nèi)。開動試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸，試驗(yàn)機(jī)活動夾頭的分離速率應(yīng)盡可能保持恒定，拉伸速度為屈服前應(yīng)力增加速率。彈性模量小于150GPa時(shí)最小2MPa／s、最大20MPa／s。大于150GPa時(shí)最小最大分別為6、60MPa／s。5).加載時(shí)要認(rèn)真觀測，拉伸過程中測力度盤的主指針暫時(shí)停止轉(zhuǎn)動時(shí)的荷載，或主指針回轉(zhuǎn)后的最小荷載，即為所求屈服點(diǎn)。繼續(xù)拉繩，副指針?biāo)傅暮愣ê卧诩礊樗蟮淖畲蟮暮奢d。6).將已拉斷試樣的兩段在斷裂處對齊，盡量使其軸線位于一條直線上。如拉斷處于各種原因形成縫隙，則此縫隙應(yīng)計(jì)入試樣拉斷后的標(biāo)距部分長度內(nèi)。2023/2/534建筑鋼材的檢測3.鋼筋拉伸試驗(yàn)(5).結(jié)果計(jì)算與數(shù)據(jù)處理屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度伸長率2023/2/535建筑鋼材的檢測4.鋼筋冷彎試驗(yàn)(1).試驗(yàn)?zāi)康臏y定鋼筋在冷加工時(shí)承受規(guī)定彎曲程度的彎曲變形能力，顯示其缺陷，評定鋼筋質(zhì)量。(2).主要儀器設(shè)備萬能試驗(yàn)機(jī)或壓力機(jī)；附有兩支輥，支輥間距可以調(diào)節(jié)；還應(yīng)附有不同直徑彎心，彎心直徑按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。(3).試樣準(zhǔn)備1).寬度：產(chǎn)品寬度不大于20mm時(shí)，試樣寬度為原產(chǎn)品寬度；產(chǎn)品寬度大于20mm時(shí)，厚度小于3mm時(shí)，試樣寬度為20mm±5mm；厚度不小于3mm時(shí)，寬度在20~50mm之間。2).厚度或直徑：產(chǎn)品厚度不大于25mm時(shí)，試樣厚度為原產(chǎn)品的厚度；產(chǎn)品的厚度大于25mm時(shí)，加工減薄至不小于25mm并保留一側(cè)原表面。完全試驗(yàn)時(shí)應(yīng)保留受拉變形一次表面。3).長度：試樣長度應(yīng)根據(jù)試樣厚度和所使用的試驗(yàn)設(shè)備確定2023/2/536建筑鋼材的檢測4.

鋼筋冷彎試驗(yàn)(4).試驗(yàn)方法與步驟1).試驗(yàn)前測量試件尺寸是否合格；根據(jù)鋼筋級別，確定彎心直徑，彎曲角度，調(diào)節(jié)支輥間距。間距：l=(d+3a)±0.5a2).按照規(guī)定的彎心直徑和彎曲角度進(jìn)行彎曲，試驗(yàn)過程中應(yīng)平穩(wěn)地對試件施加壓力。彎曲程度可分為三類①達(dá)到某規(guī)定角度的彎曲。②繞著彎心彎到兩面平行時(shí)的程度③彎到兩面接觸時(shí)的重合彎曲2023/2/537建筑鋼材的檢測4.

鋼筋冷彎試驗(yàn)3).重合彎曲時(shí)，應(yīng)線將試樣完