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钢筋及钢筋连接件试验方法培训讲义 一 基本概念 1 钢与铁的主要区别 1 成分不同 钢主要为铁碳体 铁主要为铁氧体 2 加工工艺 炼铁工艺目的主要为了脱氧 炼钢工艺主要目的主要为了脱碳 3 其他 形貌 缺陷等 2 建筑钢材的分类 建筑钢材按照不同的分类标准可以分为不同的种类 按照化学成分可以分类两类 碳素钢和合金钢 对于碳素钢也可以按照碳含量的高低分为低碳钢 含碳量小于0 25 中碳钢 含碳量在0 25 0 6 和高碳钢 含碳量大于0 6 对于建筑用碳素钢材一般应小于0 8 合金钢按照合金元素总量分为低合金钢 合金元素总含量小于5 中合金钢 5 10 和高合金钢 大于10 按照有害元素 S P O N 的含量分为普通钢 优质钢和高级优质钢 按照脱氧程度 可以分为沸腾钢 镇静钢 半镇静钢 按照钢材的形貌可以分为钢筋 主要品种有低碳钢热轧圆盘条 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋 预应力混凝土热处理钢筋 预应力混凝土用钢丝和钢绞线等 和型钢 主要品种有热轧型钢 冷弯薄壁型钢 钢板和压型钢板等 按照加工工艺可以分为热轧 冷轧 冷拉 冷扭等钢材 按照冶炼方式分为氧气转炉 平炉或电炉冶炼 3 建筑钢材的主要力学性能 1 抗拉性能 建筑钢材主要性能 有屈服点 抗拉强度和伸长率三个主要技术指标 2 冷弯性能 弯曲角度 弯心直径 部分钢材要求测试反复弯曲次数 3 冲击韧性 4 表面硬度 常用的方法有布氏法 该方法可用于原位无损的测试钢结构性能 洛氏法 一般用于热处理效果测试 5 耐疲劳性能 应力循环次数和疲劳寿命 对于大型钢结钢建筑 这一点很重要 也将是未来检测发展方向 即大型钢结构寿命预测和监控 4 钢材的连接 连接方式主要有两种 焊接和机械连接 焊接方式主要有电弧焊 电渣压力焊等 机械连接方式主要有绑扎 套筒等 焊接质量检测方式有两种 取样试件试验和原位非破损检测 二 常用检测依据 1 钢筋混凝土用钢第2部分 热轧带肋钢筋 GB1499 2 20072 钢筋混凝土用钢第1部分 热轧光圆钢筋 GB1499 1 20083 碳素结构纲 GB T700 20064 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 GB T2975 1998 5 金属材料室温拉伸试验方法 GB T228 1 20106 金属材料弯曲试验方法 GB T232 20107 钢筋焊接及验收规程 JGJ18 20038 钢筋焊接接头试验方法标准 JGJ T27 20019 钢筋机械连接技术规程 JGJ107 2010 1 热轧光圆钢筋GB1499 1 2008 1 检验项目和数量 三 常见建筑钢材的技术指标 2 主要工艺和力学性能技术指标主要工艺和力学性能指标分别见下表 2 混凝土用热轧带肋钢筋GB1499 2 2007 1 名词术语公称直径 与钢筋的公称横截面积相等的圆的直径 本标准推荐的公称直径范围为6 50mm 牌号 由HRB和牌号的屈服点最小值构成 2 检验项目和数量 3 主要工艺和力学性能指标分别见下表 注 钢筋实测抗拉强度值与实测屈服强度值之比不应小于1 25 解释 安全 钢筋实测屈服强度值与屈服强度标准值之比不应大于1 3 解释 安全 4 组批和判定规则 GB T17505 5 试验方法A 尺寸测量 精度 位置B 反向弯曲 试验条件 方法 弯心直径C 钢筋在最大力下总伸长率的测定方法 附录A 3 碳素结构钢GB T700 2006 1 检验项目和数量 2 主要工艺和力学性能指标分别见下表 注 1 Q195的屈服强度值仅供参考 不作为交货条件 2 厚度大于100mm的钢材 抗拉强度下限允许降低20N mm2 宽带钢 包括剪切钢板 抗拉强度的上限不作为交货条件 3 厚度小于25mm的Q235B级钢材 如供方能保证冲击吸收功值合格 经需方同意 可不作检验 钢材厚度 直径 大于100mm时 弯曲试验由双方协商确定 3 组批规则每批由同一牌号 同一炉罐号 同一质量等级 同一品种 同一尺寸 同一交货状态组成 每批通常不大于60吨 超过60吨的部分 每增加40吨 或者不足40吨的余数 增加一个拉伸试验试样和一个弯曲试验试样 四 建筑钢材原材料试验方法 1 组批规则2 常见建筑钢材取样位置和数量 二 常用试验方法1 拉伸试验 1 试验环境 一般在10 35 对温度有严格要求的按照相关标准执行 如相关标准无明确要求 试验温度应为23 5 2 名词术语2 1 伸长率 原始标距的伸长与原始标距之比的百分率2 2 A11 3表示原始标距为11 3S1 2的断后伸长率 A100mm表示原始标距为100mm的断后伸长率 2 3 上屈服强度 试样发生屈服而力首次下降前的最高应力2 4 下屈服强度 在屈服期间 不计初始瞬时效应时的最低应力2 5 规定非比例延伸强度 Rp 新规范为 塑性延伸强度 非比例延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力 RP0 2 表示规定非比例延伸率为0 2 时的应力 2 6 规定总延伸率强度 Rt 总延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力 2 7 规定残余延伸率强度 Rr 卸除应力后残余延伸率等于规定的引伸计标距百分率时对应的应力 2 8 断面收缩率 断裂后试样横截面积的最大减缩量与原始截面积之比的百分率 2 9 屈服强度 当金属材料呈现屈服现象 在试验期间达到塑性变形而力不增加的应力点 2 10抗拉强度 试样拉断过程中最大力所对应的应力 2 11应力 试验期间任一时刻的力除以试验原始横截面积之商 3 拉伸过程 4 试样制备 低碳钢受拉应力 应变图 钢材拉伸的四个阶段 1 弹性阶段 o A 2 屈服阶段 A B 3 强化阶段 B C 4 颈缩阶段 C D 4 1比例试样与非比例试样 试样原始标距与原始横截面积有L KS1 2关系的称为比例试样 国际常用比例系数为5 65 原始标距最小不小于15mm 当不能满足最小标距要求时可采用较高比例系数 优先采用11 3 4 2钢筋一般不需要加工 保持钢筋原有截面 试样长度应大于夹持长度加原始标距的长度 4 3各种型钢一般需要机加工制备试样 1 厚度大于0 1mm且小于3mm薄板和薄带使用的试样夹持头部一般应比平行长度 LC 部分宽 试样头部宽度应为20 40mm 头部与平行长度应有过渡半径 至少有20mm的过渡弧相连接 平行长度不小于Lo b 2 Lo为原始标距 仲裁试验中 平行长度应为Lo 2b 对于宽度等于或小于20mm的产品 试样宽度可以与产品的宽度相同 原始标距为50mm 2 厚度等于或大于3mm板材和扁材 以及直径或厚度等于或大于4mm线材 棒材和型材使用的试样可以加工成圆形 方形和矩形 其平行长度和夹持端间的过渡弧半径应为 圆形横截面试样 0 75d d为试样直径 矩形横截面试样 12mm 矩形横截面试样推荐宽厚比不大于8 1 平行长度 Lo 1 5 So 仲裁试验平行长度 Lo 2 So So试样原始横截面积 圆形横截面试样平行部分直径不小于3mm 平行长度 Lo 2 仲裁试验平行长度 Lo 2d 3 直径或厚度小于4mm线材 棒材和型材使用的试样通常为产品的一部分 不经机加工平行长度 Lo 50mm 原始标距为200mm和100mm 4 管材使用的试样可以加工成全壁厚纵向弧形试样 管段试样 全壁厚横向试样或管壁厚度上的圆形截面试样 纵向弧形试样一般适用于管壁厚度大于0 5mm的管材 为便于夹持 可以压平夹持端部 但不应将平行长度部分压平 管状试样应在两端加塞头 塞头至标距标记的距离应不小于D 4 D管状试样外径 仲裁试验的距离为D 也可将管段试样的两夹持端部压扁后加或不加扁块塞头后进行试验 但仲裁试验不允许压扁 横向弧形试样应采取特别措施进行校直 5 试验设备试验机精度 量程 测定具有大延伸率性能 如抗拉强度等应使用不低于1级准确度的引伸计 试验速率 有产品规定的按产品规定执行 否则需要满足以下要求 上屈服强度 在弹性阶段和直至上屈服强度 试验机分离速率尽可能恒定 应力速率按下表选择 材料弹性模量小于150GPa 150000MPa 如 锰 铝合金 铜 钛等 速率在2 20MPa s 弹性模量大于等于150GPa 如 铁 钢 钨 镍基合金等 速率6 60MPa s 下屈服强度 应变速率在0 00025 s 0 0025 s之间 试验机应为1级或优于1级的准确度 测定规定非比例延伸强度的引伸准确度应不低于1级 测定拉断后伸长率的仪器分辨力应高于0 1mm 准确到 0 25mm 原始横截面积测定的仪器分辨力应按表3 76选择 原始横截面积测定的仪器分辨力要求 6 1原始横截面积 So 测定热轧带肋钢筋 热轧光贺钢筋及冷轧带肋钢筋进行钢筋强度计算时 均采用钢筋的公称横截面面积 经机加工的试样应在试样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 其中矩形截面试样分别测量宽度和厚度 圆形截面试样应在两个相互垂直方向测量试样的直径 取算术平均值计算截面积 管状试样应在其一端相互垂直方向测量外径和壁厚 分别取其平均值后计算面积 也可以根据测量的试样长度 试样质量和材料密度计算截面积 厚度大于0 1 且小于3 薄板和薄带使用的试样原始横截面积测定应准确到 0 2 厚度等于或大于3 板和扁材以及直径或厚度等于或大于4 线材 和型材试样测量尺寸就准确到 0 5 直径或厚度小于4 线材 棒材和型材及管材试样的原始横截面积测定应准确到 1 通过计算得出的原始横截面积应至少保留4位有效数字 6 2标记原始标记 Lo 试样一般为比例试样 试样原始标距 Lo 与原始横截面积 So 有Lo k So的关系 比例系数k一般5 65 原始标距应不小于15 当试样横截面积太小 以至k采用5 65产不能满足此最小标距要求时 可采用较高值 优先采用11 3 或采用非比例试样 非比例试样原始标距与原始横截面积无关 对于比例样应将原始标距的计算修约至最接近5 的倍数 中间值向较大一方修约 热轧光圆钢筋 热轧带肋钢筋均采用k值为5 65的比例试样 原始标距为5倍的钢筋直径 原始标距的标记应准确到 1 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距 可将每个原始距按3或3的整数倍进行等分 6 3屈服强度测定呈现明显屈服现象的钢材 应按相关产品标准规定测定上屈服强度或下屈服强度或两者同时测定 如未做具体规定 应测定上屈服强度和下屈服强度 或仅下屈服强度 屈服阶段无力下降现象时 试验速率 测定上屈服强度时 在弹性范围和直至上屈服点 拉伸速率应保持恒定并按上表控制 若仅测定下屈服强度 弹性范围内按上表的速率控制 在屈服即将开始前将应变速率调节至0 00025 0 0025 s间 并在屈服完成之前保持恒定 拉伸速率要求 屈服强度检测常用三种方法 图解方法 试验时记录力 位移曲线 从曲线图读取首次下降前的最大力和不计初始瞬间效应时屈服阶段中的最小力 或者屈服平台的恒定力 屈服阶段无力下降现象时 将其分别除以试样原始横截面积得到上屈服强度和下屈服强度 指针方法 试验用测力度盘式试验时 读取测力指针首次回转前指示的最大力和不计初始瞬晨效时屈服阶段中指针的最小力 或者指针首次停止转动指示的恒定力 屈服阶段无力下降现象时 将其分别除以试样原始横截面积得到上屈服强度和下屈服强度或下服强度 自动分析法 使用自动装置或自动测试系统进行分析测定 如利用电脑并编制相应软件进行自动记录并分析 6 4规定非比例延伸强度 Rp 测定对于无明显屈服现象的钢材往往应进行规定非比例延伸强度的测定 非比例延伸强度即钢材变形的非比例延伸率达到规定的引伸计标距百分率时对应的强度 Rp0 2即表示钢材的非比例延伸率达到0 2 时对应的强度 试验方法 一般情况下 绘出力 延伸曲线 在延伸率轴上延伸率为0 2 的点 划一条与曲线的弹性直段部分平行的直线 该平行线与曲线的交点对应的应力即为Rp0 2对应的力 用该力除以试样原始横截面积得到Rp0 2 当力一延伸率曲线的弹性直线部分不明显 不能准确划出平行线时 建议用如下方法 将试样拉伸至略超过预期限的Rp0 2的对应力F始后 将力降至F始的10 然后再将力加至F始 这样在力一延伸曲线上形成滞后环 过滞后环划一直线 然后在过延伸率轴上延伸率为0 2 的点 划一条与该直线平行的线 该平行线与曲线的交点对应的应力即为Rp0 2对应的力 用该力除以试样原始横截面积得Rp0 2 6 5抗拉强度测定 Rm 从测力度盘上 或从力一延伸或力位移曲线图上 读取了屈服阶段落之后的最大力 最大力除以原始横截面积得到抗拉强度 6 6断后伸长率 A 测定试样拉断后 将试样断裂的部分仔细地配接在一起 使断口吻合并接角紧密 用量具或测量装置取断后标距 Lu 原则上 只有断裂处与最接近的标距标记的距离不小于原始标距 Lo 的三分之一时 测量结果有效 否则结果无效 但如断后伸长率测量结果大于或等于规定值时 断裂处位置无论在何处均为有效 断后伸长率近式计算 A LU L0 L0 6 7检测结果数值的修约检测结果应按相关产品标准规定进行修约 如产品标准未作规定下应按下表进行修约 2 弯曲试验试样装备1钢筋类产品一般均以其全截面进行试验 2其他型钢 宽度 当产品宽度不大于20mm时 试样宽度为原产品宽度 当产品宽度大于20mm时 厚度小于3mm时 试样宽度为20 5mm 当厚度不小于3mm时 试样宽度在20 50mm之间 b 厚度或直径 对于板材 带材和型材 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 试样厚度可以机加工减薄至不小于25mm 并应保留一侧原表面 弯曲试验时试样保留的原表面应位于受拉变形的一侧 c 长度 试样长度应根据试样厚度和所使用的试验设备确定 2 试验仪器设备一般在试验机或压力机上配备弯曲装置 弯曲装置有四种形式 支辊式 V形模具 虎钳式及翻板式 目前最常用的为支辊式弯曲装置 支辊的长度应大于试样宽度或直径 支辊半径应为1 10倍的试样厚度 支辊应有足够的硬度 弯曲压头宽度应大于试样宽度或直径 并具有足够的硬度 3 试验程序1 根据产品标准选择正确的弯曲压头 明确弯曲度 常用钢材的弯曲压头直径及弯曲角度选用可见相关产品的技术要求 2 调节支辊间的距离 一般支辊间的距离 l 应为 l d 3a 0 5a 试验期间距离不能改变 其中d为弯曲压头的弯心直径 a为试样的厚度或直径 3 将试样放于两支辊上 试样轴线应与弯曲压头轴线垂直 弯曲压头在两支座之间的中点处对试样连续并缓慢施加压力 直至试样弯曲达到规定的角度 4 如不能直接达到规定的弯曲角度 应将试样置于两平行压板之间 连续加压使其进一步弯曲 直至达到规定的弯曲角度 新规范规定 当出现争议时 试验速率应为 1 0 2 mm s 4 试验结果评定一般按相关产品标准评定试验结果 如无具体规定时 弯曲试验后试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹可评为合格 5 复验和判定钢材的上述检验如有某一项试验结果不符号合标准要求 则从同一批中再任取双倍数量的试样进行该不合格项目的复验 复验结果 包括该项试验所要求的任一指示 即使有一个指标不合格 则判定整批不合格 五 钢筋焊接接头的试验 目前常用的钢筋焊接接头形式主要有以下几种 闪光对焊接头 电弧焊接头 包括双面搭接焊 单面搭接焊等 电渣压力焊接头 气压焊接头 预埋件钢筋 型接头 各种接头均应进行拉伸试验 其中闪兴对焊接头 气压焊接头 用于梁 板的水平构件 还应进行弯曲试验 1 取样方法 试验的取样如下表所示 2 环境要求 一般在室温 范围3 拉伸试验 1 试样准备拉伸试样 除预埋件钢筋 型接头 的长度为Ls 2Lj 其中Ls受试长度 Lj为夹持长度 闪光对焊接头 电渣压力焊接头 气压焊接头Ls均为8d d 钢筋直径 双面搭接焊接头Ls为8d Lh Lh为焊缝长度 单面搭接焊接头Ls为5d Lh 预埋件钢筋T型接头的钢筋长度应大于或等于200mm 钢板的长度和宽度无应大于或等于60mm 2 试验仪器设备试验机应为1级或优于1级的准确度 3 试验程序1用游标卡尺复核钢筋的直径 2将试样夹持在试验机上 用10 30Mpa s的加载速率对试样进行连续平稳的拉伸 将试样拉至断裂 或出现缩颈 读取试验过程中的最大力 3记录断品的断裂特征 区分为延性断裂或脆性断裂 测量断裂 或缩颈 位置离焊缝口的距离 如断口上发现气孔 夹渣 未焊透 烧伤等焊接缺陷时 应进行记录 4抗拉强度按下式计算 应修约到1MPa 4 结果判定1闪光对焊接头 电弧焊接头 电渣压力力焊接 气压焊接头拉伸试验均应符合下列要求 条件1 3个热轧钢筋接头试件的抗拉强度均不得小该牌号钢筋规定的抗拉强度 条件2 至少应有2个试件断于焊缝之外 并应呈延性断裂 A 当达到上述2项条件时 评定该批接头为抗拉强度合格 B 当试验结果有2个试件抗拉强度小于钢筋规定的抗拉强度 或3个试件均在焊缝或热影响区发生脆性断裂时 则一次判定该批接头为不合格 C 当试验结果有1个试件的抗拉强度小于规定值 或2个试件在焊缝或影响区发生脆性断裂 其抗拉强度小于钢筋规定抗拉强度的1 10倍时 当接头试件虽断于焊缝或热影响区 呈脆性裂 但其抗拉强度大于或等于钢盘规定抗接强度的1 10倍时 可按断于焊缝或热影响区之外 呈延性断裂同等对待 应进行复检 D 复检时 应再切取6个试件 复检结果 当还有1个试件的抗拉强度小于规定值 或有3个试件断于焊缝或热影响区呈脆性断裂 其抗拉强度小于钢筋规定抗拉强度的1 10倍时 应判定该批接头为不合格品 2预埋件钢筋T形接拉伸试验结果 3个试件的抗拉强度均应符合下列要求 A HPB235钢筋接头不得小于350N mm2B HRB335钢筋接头不得小于470N mm2C HRB400钢筋接头不得小于550N mm2D 当试验结果 3个试件中有小于规定值时 应进行复验 复验时 应再取6个试件 复验结果 其抗接强度均达到上述要求时评定该批接头为合格品 4 弯曲试验 1 试样准备闪光对焊接头 气压焊接头进行弯曲试验时应将受压面的金属毛刺和镦粗凸起部分消除 且应与钢筋的外表齐平 试样的长度一般宜为两支辊间内侧距离另加150mm 支辊间内侧距离为D 2 5d 其中D为弯心直径 d为钢筋直径 2 试验设备要求可用万能试验机 手动或电动液压弯曲试验器进行弯曲试验 3 试验程序1根据下表选择相应的应弯心直径和弯曲角度 弯心直径和弯曲角度 注 1 直径大于25mm的钢盘焊接头 弯心直径应增加1倍钢筋直径 2 将试样放在两支点上 并使焊缝中心与压头中心一致 然后缓慢地对试样施加弯曲力 直至达到规定的弯曲角度或出现裂纹 破断为止 3 当试件外侧横向裂纹宽度达到0 5mm时 应确认已经破裂 4 结果判定1 当试验结果有2个或3个试件外侧 含焊缝和热影响区 未发生破裂 则判定该批接头为合格品 2 当3个试件均发生破裂 则一次判定该批接头为不合格品 3 当有2个试件发生破裂 应进行复验 4 复验时 应再切取6个试件 复验结果 当有3个试件发生破裂时 应判定该批接