土木工程-钢材试验与检测

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4 钢材的化学性能
(1)含碳量对建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)
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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。
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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
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1)拉力试验反映钢材的抗拉性能
1、弹性阶段(elastic stage):p 2、屈服阶段(yield stage):s 3、强化阶段(strengthening stage) : b s\ b 4、颈缩阶段(necking stage):
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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 。
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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。
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3.4 检测
钢筋表面不得有裂纹、结疤、折叠、 油污、颗粒状或片状老锈;钢筋表面 允许有凸块,但其总高度不得超过横 肋的高度,钢筋表面上其它缺陷的深 度或高度也不得大于所在部位尺寸的 允许偏差;钢筋每1m内弯曲度不应的 大于4mm。
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3.4 检测
机械性能 2、冷弯试验
1、拉力试验
画出钢筋拉伸试验检测详细步骤图。(30min) 注意断口位置!
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3.4.2冷弯性能(cold bending properties)
金属材料弯曲试验方法GB.T232-2010
1)冷弯是指钢材在常温下承受规定弯曲变形的能 检查弯曲处有无裂纹、断 力,以试验时的弯曲角度和 弯心直径d对试件厚 裂及起层等现象。若没有 度(或直径)的比值来表示的。
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钢材的标准及选用 德修身、技立业
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概述
金属材料包括黑色金属与有色金属两大 类,黑色金属是指以铁元素为主要成分的金属及 其合金,常用的黑色金属材料有钢steel和生铁 ferrum 。
三大建材之一
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用途及分类
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。
钢材试验与检测
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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
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主 要内容
1 2 3 4 5
概述 用途与分类
钢筋试验与检测 钢材的化学性能
钢材的冷加工及时效强化
↑)
碳(C)<1% 硅(Si)>1% 锰(Mn) 钛(Ti) 钒(V) 磷(P) 氮(N) 硫(S) 氧(O)
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5 钢材的冷加工及时效强化
5.1 冷加工方法及作用
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)。
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。
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2.1型钢 (structural steel) 简单截面型钢:圆钢、 方钢、六角钢、八角 钢等;
复杂截面型钢:工字
钢、角钢、槽钢、钢 轨等。
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(2) 使用Ⅰ、Ⅱ两种钢材,哪一个安全性较高。 Ⅰ、Ⅱ两种低碳钢的屈服强度бs相近,但低 碳钢Ⅰ的抗拉强度бb高于Ⅱ,即其屈强比 бs/бb 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。)
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思考型钢如何检测拉伸性能?
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(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。
(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。
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韧性材料断口
脆性材料断口
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(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Leabharlann Baidu(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。
3.2 抽样
检测流程 取样
( GB1499-2007)
外观质量 检测 机械性能 化学分析
拉力试验
冷弯试验
屈服强度、抗拉强度、伸长率
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3.3 取样方法
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,另一根作冷弯试验。
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(4)硬
度(hardness)
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。
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。
这些现象则认为冷弯性能 2)钢材的冷弯试验是通过直径(或厚度)为a的试 合格。 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
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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 。
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3)冷弯试验结果评定
冷弯试验中,如有一根试件不符合标
后果:31人死亡。
韩国首尔桑苏大桥坍塌 德修身、技立业
美国明尼苏达桥 梁倒塌
时间:2007年8月1日 原因:钢材耐疲劳性 能不合格
后果:大约50辆汽车 因桥梁倒塌而落入水 中或者跌落地面。
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3.
钢筋质量检测
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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 ?
5.1.1
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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。
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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。
钢材拉伸应力应变图
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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 。
试件拉伸前和断裂 后标距的长度
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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。
槽钢
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钢轨
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工字钢
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等边角钢
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低合金高强度 结构钢
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2.2 线材(钢筋、钢丝等) (steel、steel wire)
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2.3 管材 (无缝钢管、 焊接钢管等) (Steel tube)
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(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”。 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)
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δ5和δ10分别表示L0=5d 0和L0=10d 0时
的伸长率。对同一种钢材δ5与δ10 的关系是? 对同一种钢材δ5大于δ10。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。
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请观察图中Ⅰ、Ⅱ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,Ⅰ、 Ⅱ两种低碳钢选用 谁者更合适。
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
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1.1 钢材质 量引发的工程 事故
重庆市綦江县虹桥坍塌
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 德修身、技立业
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。
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化学元素对钢材性能的影响表
化学元素( 强度 ↑ ↑ ↑↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ 硬度 ↑ ↑ 塑性 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 韧性 ↓ ↓↓ ↑ ↑ ↓ ↓↓ 可焊 性 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 其他 冷脆性↑ 冷脆性↑ 脱氧、硫剂 强脱氧剂 时效↓ 偏析、冷脆↑↑ 冷脆性↑
请用“关键词”把检测内容在A3白纸上写 下来。
(6min)
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3.1 验收方法
1、钢筋应有出厂证明书或试验报告单。 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。 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。
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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。
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3.4.3、其他性能检测 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 筋进行化学成分检验或其他专项检验 (冲击韧性、疲劳强度、焊接性能等)。
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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。
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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0.23%~0.25%,含硫0.06% ,焊接质量差。请分析事故原因。
(2) 使用Ⅰ、Ⅱ两 种钢材,哪一个安 全性较高。
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(1) 若对于变形要求严格的构件,Ⅰ、Ⅱ两 种低碳钢选用谁者更合适。 从Ⅰ、Ⅱ两条曲线比较可知,低碳钢Ⅱ的弹 性模量E小于低碳钢Ⅰ,也就是说,低碳钢Ⅱ 的抗变形能力不如低碳钢Ⅰ。对于变形要求 严格的构件选用低碳钢Ⅰ更为合适。
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