试验室常规检测标准

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1、土木工程用钢材 第一部分土木工程钢材的基本知识 第二部分 钢筋 第三部分 钢筋焊接件 第四部分 钢筋机械连接,第一部分土木工程钢材的基本知识 第一节 概述 第二节 建筑钢材的主要技术性能 第三节 建筑钢材化学成分对其性能的影响 第四节 钢材的冷加工和时效强化 第五节 建筑钢材的技术标准与选用,第一节 概述 17世纪70年代人类开始大量应用生铁作建筑材料 19世纪初开始用熟铁、软钢建造桥梁和房屋。 1860年前后，发明了制钢的转炉与平炉，随后确立了钢材的热轧技术， 1889年建造了法国的埃菲尔铁塔 1850年法国人朗波制造了第一只钢筋混凝土小船 ，并获得钢筋混凝土专利 1872年在纽约出现了第一

2、所钢筋混凝土房屋， 19世纪60年代在上海、汉阳等地相继建成炼铁厂 20世纪30年代预应力混凝土诞生 钢材及其与混凝土复合的钢筋混凝土和预应力混凝土，已成为现代建筑结构的主体材料。,土木工程钢材是指用于钢结构的各种型钢（角钢、槽钢、工字钢等）、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等（P57表A.2.1）。 一、钢材的特点 优点：1.质量均匀，性能可靠钢材是在严格的技术控制条件下生产的材料，与非金属材料（混凝土）相比，品质均匀稳定、性能可靠。,2、（比）强度、硬度高轻质高强（比强度50，C3012.5）适合于制作各种承载较大的构件和结构（高层、大跨），以及钢轨和机械加工用的切割工具。 3

3、、塑性、韧性好 常温下能承受较大的塑性变形，便于冷拉、冷拔、冷轧等各种工冷加工；良好的韧性，使钢材可承受较大的冲击、振动荷载，适合于制作吊车梁、桥梁等承受动荷载的结构和构件（抗震性好） 。,4、加工性好、施工效率高 可浇铸成各种形状、也可冷、热加工（可冷拉、冷拔、冷轧、铸造、锻造、切割、压力加工、热处理）；也可用铆接、焊接、机械连接等连接方式进行装配式施工，便于预制和装配。 缺点：易锈蚀（10t钢材1t铁锈3t设备报废）、维护费用大、耐火性差、生产能耗大（300GJ/m3贵砼3.4,抽筋师、地条钢 ）.,二、钢材的分类 金属： 黑色金属 + 有色金属 （钢、铁 、铁合金） （铅、铝、铜等） 按

4、比重分 轻金属（ d5 ） （铝、镁等） （铁、铜、锌） 钢与生铁的区分在于含碳量的大小。 含碳量小于2.06的铁碳合金称为钢。 含碳量大于2.06的铁碳合金称为生铁 炼钢将生铁在炼钢炉中冶炼，使碳的含量降低到预定的范围，硫、磷等其他杂质含量降低到允许的范围，经烧铸即得到钢锭，再经过加工工艺处理后、得到钢材。,三、土木工程用钢 结构钢中的普通低碳钢、普通低合金钢为土建工程中常用钢种 （1）沸腾钢（F）：气泡多，品质差，适用一般建筑 结构，而不能承受动荷载。 （2）镇静钢（Z）：脱氧完全，质量好，用于预应力混凝土，承受动荷载、冲击结构荷载结构。 （3）半镇静钢（b）： （4）特殊镇静钢（TZ）：

5、用于特别重要的工程。,第二节 建筑钢材的主要技术性能,包括力学性能（抗拉、韧性等）和工艺性能（冷弯、焊接、机械连接） 一、力学性能 建筑钢材承受静荷载时，强度要足够，且要求产生的变形不影响结构的正常工作和安全使用。 承受动荷载时，要求较高的韧性而不发生断裂。,由低碳钢在拉伸过程中形成的应力()-应变()关系图可知，低碳钢受拉过程可划分为以下4个阶段。 (1)弹性阶段(OA) (2)屈服阶段(AB) (3)强化阶段(BC) (4)颈缩阶段(CD) 主要测试指标：屈服强度、抗拉强度、伸长率（断面收缩率）等,（一）、 抗拉性能,低碳钢受拉的应力-应变图（试验演示）,(1)弹性阶段(OA) 在OA范围

6、内应力与应变成正比例关系，如果卸去外力，试件则恢复原来的形状，这个阶段称为弹性阶段。 弹性阶段的最高点A所对应的应力值称为弹性极限p。当应力稍低于A点时，应力与应变呈线性正比例关系，其斜率称为弹性模量，用E表示，E=/=tan。 它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。,(2)屈服阶段(AB) 当应力超过弹性极限p后，应力和应变不再成正比关系，应力在B上至B下小范围内波动，而应变迅速增长。在-关系图上出现了一个接近水平的线段。如果卸去外力已出现塑性变形，AB称为屈服阶段。 B下所对应的应力值称为屈服极限s。 钢材受力达屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般

7、以屈服点作为强度取值依据保证结构在弹性范围内工作。,(3)强化阶段(BC) 当应力超过屈服强度后，由于钢材内部组织产生晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止了塑性变形的进一步发展，钢材抵抗外力的能力重新提高。在-关系图上形成BC段的上升曲线，这一过程称为强化阶段。对应于最高点C的应力称为抗拉强度，用b表示，它是钢材所能承受的最大应力。,抗拉强度设计时不能利用。 强屈比=抗拉强度/屈服强度 具有实际意义。 强屈比越大，钢材在受力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构愈安全。 但如果强屈比过大，则钢材有效利用率太低，造成浪费。 常用碳素钢的强屈比为1.591.72，合金钢为1.331.54。 用于抗震结构的普

8、通钢筋实测的强屈比要求1.25。,5.2.2对有抗震设防要求的结构，其纵向受力钢筋的性能应满足设计要求；当设计无具体要求时，对按一、二、三级抗震等级设计的框架和斜撑构件（含梯段）中的纵向受力钢筋应采用HRB335E、HRB400E、HRB500E、HRBF335E、HRBF400E或HRBF500E钢筋，其强度和最大力下总伸长率的实测值应符合下列规定：,新增 5.2.2（强条）,牌号带“E”的钢筋也就是常说的抗震钢，其表面轧有专用标志。,混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002 （2011年版）局部修订,1 钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25； 2 钢筋的

9、屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.30； 3 钢筋的最大力下总伸长率不应小于9%。 检查数量：按进场的批次和产品的抽样检验方案确定。 检查方法：检查进场复验报告。,(4)颈缩阶段(CD) 当应力达到抗拉强度b后，在试件薄弱处的断面将显著缩小，塑性变形急剧增加，产生“颈缩”现象并很快断裂。,伸长率是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好。塑性小，材质硬脆，超载易脆断；良好的塑性，可将结构上的应力(超过屈服点的应力)重分布，从而避免结构过早破坏。,有些钢材(如中、高碳钢)无明显的屈服现象，规定：产生残余变 形为原始标距的0.2% (0.2L0) 时所对应的应力值， 作为硬

10、钢的屈服强度， 称为条件屈服强度， 用0.2表示。,冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。 它是用试验机摆锤冲击带有V形缺口的标准试件的背面，将其折断后试件单位截面积上所消耗的功，作为钢材的冲击韧性指标，以k表示(J/cm2)。 k值越大，表明钢材的冲击韧性愈好(如图)。 影响钢材冲击韧性的因素很多，钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量、温度和时效都会影响冲击韧性。,（二）、 冲击韧性,图8.2 冲击韧性试验图（实验演示）,(a)试件尺寸；(b)试验装置；(c)试验机,1摆锤；2试件；3试验台；4刻度盘；5指针,1、钢中碳、磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物、气孔和焊接中形成的微裂纹等，

11、都会使冲击韧性显著降低。 2、钢的冲击韧性随温度的下降而减小，当降到一定温度范围时。k值急剧下降，从而可使钢材出现脆性断裂这种性质称为钢的低温冷脆性。 发生冷脆性的温度，称为脆性临界温度。脆性临界温度越低，则低温冲击韧性越好。,在低温严寒地区选用钢材，特别是承受动荷载的重要结构，必须要检验其低温下的冲击韧性。 选用钢的脆性临界温度必须低于环境最低温度。（通常根据使用环境温度规定-20或-40的k，所用钢材应满足标准要求）,3、时效及时效敏感性 随着时间的进展，钢材机械强度提高，而塑性和韧性降低的现象称为时效。 因时效而导致性能改变的程度称为时效敏感性。其大小可用时效前后冲击韧性值下降的程度来衡

12、量，时效敏感性大，冲击韧性值下降显著。 完成时效变化的过程中达数十年，但是钢材如经受冷加工变形，或使用中经受震动和反复荷载的影响，时效可迅速发展。 对于承受动荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材。（举例）,1912年4月11日，当时世界上最豪华的客轮“泰坦尼克号”在纽芬兰海岸外与冰山相撞，船上1513人与船一起沉没,钢材在交变应力的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度时就突然破坏的现象, ，称为疲劳破坏。 疲劳破坏指标用疲劳强度（或疲劳极限）表示，指材料试件在交变应力作用下，不发生疲劳破坏的最大应力值。 一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，抗拉强度高，其疲劳极限也较高。钢材的疲劳极限与

13、其内部组织和表面质量有关。,（三） 疲劳强度,疲劳强度由试验确定，即在规定的应力循环次数下（106-108），对应的极限应力值。 钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低。,应力疲劳极限，材料或结构在荷载多次重复作用下不会破坏。 疲劳极限静力强度（砼50-60%f压，钢材弯曲疲劳极限为f拉的40%）,疲劳破坏不同于静力破坏，是在低应力状态下突然发生的脆性破坏，危害极大，往往造成灾难性的事故（例灌注桩、钻井、桥、弹簧水管、疲劳死亡）。 设计承受反复荷载的结构时应了解材料的疲劳极限,硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。测定钢材硬度常用布氏法。 布氏法是用一直径为D的硬质钢球，在荷

14、载P(N)的作用下压入试件表面，经规定的时间后卸去荷载，用读数放大镜测出压痕直径d，以压痕表面积(mm2)除荷载P，即为布氏硬度值HB。HB值越大，表示钢材越硬。如图8.3。,（四） 硬度,图8.3 布氏硬度测定示意图,良好的工艺性能可保证钢材顺利通过各种加工，而无损于制成品的质量 （一）冷弯性能 1.定义：冷弯性能是钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的工艺性能指标。 2.弯曲测试： 钢材的冷弯性能指标是用弯曲角度和弯心直径对试件厚度(直径)的比值来衡量的。 试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度(直径)的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。 对不同的钢材有相应的标准要求，试件受弯处

15、不发生裂缝，断裂或起层，即认为冷弯性能合格（实验演示）。,二、工艺性能,3.冷弯的意义：钢材的冷弯性能和伸长率均是塑性变形能力的反映，但伸长率是在试件轴向均匀变形条件下测定的，而冷弯性能则是在更严格条件下钢材局部变形的能力，它可揭示钢材内部结构是否均匀，是否存在内应力和夹杂物等缺陷，还经常用冷弯来检验焊缝接头。,图8.4 钢材冷弯,(a)试样安装；(b)弯曲90；(c)弯曲180；(d)弯曲至两面重合；(e)规定弯心,（二）焊接性能 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。 焊件质量焊接工艺、钢材的可焊性、焊接材料 钢材的可焊

16、性（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。 焊件质量检验项目：抗拉强度、焊接处冷弯、冲击韧性等,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 JGJ18-2003 钢筋焊接及验收规程 JGJ81-2002 建筑钢结构焊接技术规程,第三节 建筑钢材化学成分对其性能的影响 除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些的其他元素。这些成分可分为两类： 一类能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等； 另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。这些成分