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1、天津市滨海新区西外环（津汉高速-海景大道）第十一标段（K24+339.000-K25+979.000 ） 海河特大桥 钢桁梁第 1 页桥梁钢结构用钢板检验制样的过程控制 何卫兵（中铁十五局集团有限公司 天津市滨海新区西外环项目部工地试验室）摘要 海河特大桥钢桁梁用钢板力学、化学、负温冲击功试验、原材探伤、厚度方向性能试验的抽样、取样、试样制备对试验结果的影响。关键词 钢板 试验 抽样、取样、试样制备 过程控制引言 原材料检测是钢结构桥梁质量控制的第一关，取样位置，取样方法，样坯加工工艺及试样尺寸精度都是影响试验结果的因素。通过研究学习取样及加工的影响因素，从而有效的减小对试验数据结果的不利影响
2、。一 工程简介及钢板原材的技术要求。海河特大桥为天津市滨海新区西外环高速公路工程（津汉高速-海景大道）第十一标段里程为 K24+339.000-K+25+979.000 全长 1640.0m。主桥跨径布置为 95m+140m+95m，上部结构采用钢桁架连续梁设计。主桥分为上下两幅，每幅横向由 6 榀桁架组成，一榀桁架由上弦杆下弦杆和腹杆组成。上桁架下桁架为箱型截面，上桁架为等高箱型截面，下桁架为变高度箱型截面。普通段采用 20mm 的钢板，下弦杆在中墩局部区域采用 30mm 的钢板。全桥桁架节点采用全焊接的加工方法，对钢板材质及焊接工艺要求较高。本桥钢材采用 Q345qD，其化学成分及机械性能
3、应符合GB/T714-2008 桥梁用结构钢的有关规定，厚度大于等于 30mm的钢板为 Q345qD-Z25 还应进行厚度方向性能试验且符合GB5313-2010 厚度方向性能钢板和超声波无损检测。二 相应的规范及要求（一）JTG/T F50-2011 公路桥涵施工技术规范材料除应有生产厂家的质量证明书外，制造厂还应按相应标准进行抽样复验，复验合格后方可使用。钢材应按同一厂家、同一材质、同一板厚、同一出厂状态，每 10 个炉（批）号抽检 1 组试件。若订货为探伤钢板，尚应抽检每种板厚的 10%（至少 1 块）进行超声波探伤。外观检测，当钢材表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时，其深度不得大于该钢板厚
4、度允许偏差的 1/2。钢材端边或断口处不应有分层、夹渣等缺陷。（二）GB/T714-2008 桥梁用结构钢试验方法天津市滨海新区西外环（津汉高速-海景大道）第十一标段（K24+339.000-K25+979.000 ） 海河特大桥 钢桁梁第 2 页1.钢板的各项检验项目取样数量取样方法和试验方法应符合下列规定。序号检验项目取样数量取样方法 试验方法1 化学分析 1 个 GB/T20066GB/T223、 GB/T4336、GB/T201252 拉伸试验 1 个 GB/T2975 GB/T2283 弯曲试验 1 个 GB/T2975 GB/T2324 冲击试验 3 个 GB/T2975 GB/T
5、2295Z 向钢厚度方向断面收缩率3 个 GB/T5313 GB/T53136 无损检测 逐件按无损检验标准规定协商2.牌号表示方法钢的牌号由屈服强度的汉语拼音字母、屈服强度数值、桥字的汉语拼音字母、质量等级符号等几部分组成。如 Q345qD。Q-屈服强度的“屈”汉语拼音字母；345-屈服强度数值，单位 MPa；q-桥梁用结构钢的“桥”汉语拼音字母；D-质量等级为 D 级。3.力学性能钢材的力学性能应符合下表：拉伸试验 V 型冲击试验下屈服强度 MPa厚度 mm5050-100抗拉强度 MPa断后伸长率%冲击吸收能量kv2/J牌号质量等级不小于试验温度不小于Q345qD D 345 335 4
6、90 20 -20 47天津市滨海新区西外环（津汉高速-海景大道）第十一标段（K24+339.000-K25+979.000 ） 海河特大桥 钢桁梁第 3 页4.工艺性能钢板的弯曲试验，弯曲试验后试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹。当供方保证可不做弯曲试验。180弯曲试验厚度16mm 厚度16mmd=2a d=3a注：d 为弯芯直径，a 为试样厚度。取样方向：钢板和钢带取横向试样。5.化学化学成分（质量百分数）%牌号 质量等级C Si Mn P SQ345qD D 0.18 0.55 1.001.70 0.025 0.020桥梁用结构钢由转炉或电炉冶炼，并应进行炉外精炼。6.冲击韧性厚度不小于 6m
7、m 或直径不小于 12mm 的钢材应做冲击试验，冲击试样尺寸 101055mm 的标准试件，对于小于 10mm 板材取钢板厚度的长方体。断面收缩率的测量和计算厚度方向拉力试验按 GB228-2002金属拉力试验法进行。断面收缩率（%）按下式计算 z=(F 0-F)/ F0100式中： F 0-试样原始截面积， mm 2； F 0=1/4d 02 mm2；F-试样断裂后的最小横截面积， mm 2；F=1/4+（d 1 + d2） 2 mm2；d1 、d 2为两个互相垂直的直径的测量值。如果断面呈椭圆形，则 d1 、d 2表示椭圆的两根轴。重验；如果试验加工不当或焊接不良，则试样应作废，若试样断裂
8、在焊缝或热影响区，则试验应无效。此时可在同一样坯上补取试样重做试验。钢板的冲击试验结果按一组 3 个试件的算术平均值进行计算，允许其中有一个试验值低于规定值，但不低于规定值的 70%。如果没有满足上述条件，应从同一抽样产品上再取 3 个试件进行试验，先后 6 个试样试验结果的算术平均值不得低于规定值，允许其中有 2 个试验天津市滨海新区西外环（津汉高速-海景大道）第十一标段（K24+339.000-K25+979.000 ） 海河特大桥 钢桁梁第 4 页值低于规定值，但不低于规定值的 70%的试样只允许有一个。如果不符合，对于按批检验的钢板，允许逐张检验交货。（三）GB/T2970-2004厚
9、钢板超声波检测方法1.钢板广泛的应用在钢梁制造中，它是各种焊接结构的重要材料。为了确保产品质量和节约原材料，采用全面而无损的检验方法较为妥当。超声波是检验钢板的最有效的方法，它能迅速准确地探测出缺陷的分布情况。2.钢板常见缺陷及产生部位，钢板常见的内部缺陷有折叠、分层、夹杂、裂纹等。折叠是轧制中在钢板表面或近表面的局部形成折合金属层。分层是板坯缩孔残余或非金属夹杂物或金属氧化物硫化物等缺陷在轧制中轧扁未能焊合形成，缺陷多出现在钢板中部或偏中部与版面基本平行。夹杂是轧制时因压缩比小未能焊合造成，缺陷的部位是无序分布。裂纹主要是白点（轧制冷却中氢气来不及扩散形成的小裂纹）或热处理不当，一般在板面。
10、3.检验部位，从钢板的任一轧制平面进行检验。探头扫查形式，探头沿垂直于钢板轧制方向，间距不大于 100mm 的平行线进行扫查。在钢板周边 50mm 及剖口预定线两侧各 25mm 内沿其周边进行扫查。 利用双晶探头时，探头隔声层应与轧制方向平行。根据合同或技术协议书或图纸要求，也可以作其他形式的扫查或 100%扫查。自动检验也可沿平行与钢板压延方向扫查。4.检验速度，用直接接触法时，扫查速度应不影响探伤。但在使用不带自动报警功能的探伤装置进行超声方法扫查时，速度不大于 200mm/s。（四）GB5313-2010厚度方向性能钢板 ，钢板厚度方向性能级别及其断面收缩率的平均值和单个值应符合下列规定
11、1. Z 向钢厚度方向断面收缩率见下表，3 个试样的算术平均值不低于规定平均值，仅允许其中有一个试验值低于规定平均值，但不得低于相应级别的单个试样值。Z 向钢断面收缩率 %Z 向性能级别项目Z15 Z25 Z353 个试样平均值 15 25 35单个试样值 10 15 252.样坯应在钢板轧制方向的任意一端中部截取，其大小应能制做 6 个拉力试样，加工其中 3个，其余 3 个留作备用。天津市滨海新区西外环（津汉高速-海景大道）第十一标段（K24+339.000-K25+979.000 ） 海河特大桥 钢桁梁第 5 页3.试验采用圆柱形试样，其直径应符合下表规定，试样平行长度应不小于直径的 1.
12、5 倍。板厚 a（mm） 试样直径 d。 （mm）a25 d。=6a25 d。=104.试样由板厚方向加工而成，当不能直接在钢板厚度方向上加工时，可采用焊上夹持段的全厚度拉力试样。5.试样夹持段的焊接可采用任何适宜方法（如摩擦焊、手工电弧焊）进行，但任何焊接方法都应使热影响区最小，且不得使热影响区进入试验的平行长度之内。试样取样位置如第图一。加工成型的拉力试件如图二。天津市滨海新区西外环（津汉高速-海景大道）第十一标段（K24+339.000-K25+979.000 ） 海河特大桥 钢桁梁第 6 页（五）GB/T2975-1998 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备定义及符号试料 为了制
13、备一个或多个试样，从抽取样品中切取足够量的材料。样坯 为了制备试样，经过机械处理或所需热处理后的试样。试样 经机加工或未经加工后，具有合格尺寸且满足试验要求的状态的样坯，成为试样。天津市滨海新区西外环（津汉高速-海景大道）第十一标段（K24+339.000-K25+979.000 ） 海河特大桥 钢桁梁第 7 页在钢板上切取拉伸样坯的位置，如上图三所示。1.一般要求1 在产品不同位置取样时，力学性能会有差异。本标准规定的位置取样，则认为具有代表性。在宽度的 1/4 处，或长度和宽度的 1/4 处取。2 应在外观及尺寸合格的钢产品上取样。试样应有足够的尺寸以保证机加工出足够的试样进行规定的试验及
14、复验。3 取样时，应对抽样产品、试料、样坯、试样作出标记，以保证能够始终识别取样的位置和方向。2.钢的化学分析用试样取样法天津市滨海新区西外环（津汉高速-海景大道）第十一标段（K24+339.000-K25+979.000 ） 海河特大桥 钢桁梁第 8 页 熔炼分析熔炼分析是指在钢液浇注过程中采取样锭然后进一步制成试样并对其进行的化学分析分析结果表示同一炉或同一罐钢液的平均化学成分 成品分析是指在经过加工的成品钢材包括钢坯上采取试样，然后对其进行的化学分析。成品分析主要用于验证化学成分，又称验证分析。 化学分析用试样样屑可以钻取刨取或用某些工具机制取，样屑应粉碎并混合均匀。制取样屑时不能用水、
15、油或其他润滑剂，并应去除表面氧化铁皮和脏物，成品钢材还应除去脱碳层、渗碳层、涂层、镀层金属或其他外来物资。当用钻头采取试样样屑时对熔炼分析或小断面钢材成品分析钻头直径应尽可能的大，至少不应小于 6mm，对大断面钢材成品分析钻头直径不应小于 12mm。 成品化学分析时，对纵轧钢板，钢板宽度小于 1 米时，取样沿钢板宽度方向剪切一条宽50mm 长 500mm 的样带。将样带两端对齐，折叠 1-2 次或多次并压紧弯折处，然后在其长度中间沿剪切的内侧刨取或自表面用钻通的方法钻取。厚钢板不能弯折时，则按上述相应折叠的位置钻取或刨取，然后将等量的样屑混合均匀。对样屑或粉末状样品，其质量一般为 100克。三
16、 具体实施过程如下:（一）自 2013 年基础桩基施工完成之后，就进行钢板厂家考察，分别考察了秦皇岛首秦金属材料有限公司、秦皇岛首钢板材有限公司、天津钢铁集团有限公司三家桥梁板生产厂家。最终确定使用秦皇岛首秦金属材料有限公司作为钢板供应厂家。在就供货的技术要求和设计单位沟通后对厂家提出明确要求主要有对大于等于 30mm 厚的钢板需为超声波探伤并提供厂家超声波探伤报告。大于等于 30mm 厚的钢板为 Q345qD-Z25 的需满足厚度方向性能试验。（二）考虑就进加工和原材运输方便、半成品组装件通过海河船运，选择在河海二道闸的宝成集团作为加工基地。选好加工厂址后按先加工的上下弦杆所用的钢板厚度进场钢板，并钢板厚度及炉批号验收并取样进行复检。先进场的钢板厚度有 20mm、24mm、30mm，按厚度及批炉号分别
