桥梁工程试验检测技术钢材最新

第三节钢材,钢材的分类钢材的主要力学性能桥梁用主要钢材钢筋检测预应力混凝土用钢筋、钢丝和钢绞线检测焊接钢筋质量检测方法,钢材的分类,一、按化学成分分碳素钢（含碳量）低碳钢含碳量0.25；中碳钢0.25含碳量为0.6；高碳钢0.6含碳量2%。合金钢（含合金元素含量）低合金钢合金元素含量5；中合金钢5合金元素含量10；高合金钢10合金元素含量。建筑用钢主要是普通碳素钢和普通低合金钢两大类。,注意：化学成分对碳素钢技术性能的影响（一）碳素钢的化学成分1、主要成分：铁(Fe)和碳（C）2、杂质元素锰（Mn）、硅(Si)、磷(P)、硫(S)、氧(O2)、氮(N2)、氢(H2)等。（二）影响内容1、碳（C）建筑钢材含碳量不大于0.8%在此范围内随着碳含量提高，钢材的强度和硬度相应提高，而塑性、韧性和冷弯性能相应降低。2、当碳的含量超过0.8%当碳的含量超过0.8%以后，强度反而下降。碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抵抗大气锈蚀性。,二、按质量（杂质含量）分类普通钢含硫量0.055，含磷量0.045；优质钢含硫量0.040，含磷量0.0350.040。三、根据钢在冶炼过程中脱氧程度分类沸腾钢：脱氧不完全的钢，化学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲击韧性和可焊性差。镇静钢：脱氧充分，化学成分均匀，机械性能好，品质好，可用于承受冲击荷载的重要结构。半镇静钢：脱氧程度及钢的质量介于上述两者之间。,四、按用途的不同划分结构钢用于建筑结构、机械制造等，一般为低、中碳钢；工具钢用于各种工具，一般为高碳钢；特殊钢具有各种特殊物理化学性能的钢，如不锈钢等。桥梁结构对钢材的要求：具有高的强度、良好的塑形、韧性和可焊性。问题：桥梁建筑用钢材，钢筋混凝土用钢筋，就其用途分类来说，属于（）；就其质量分类来说，属于（）；按其含碳量的分类来说，属于（）。结构钢；普通钢；低碳钢所以桥梁结构用钢和混凝土用钢筋是属于碳素结构钢或低合金结构钢。,五、桥梁用钢按其形状分型材主要包括型钢和钢板，常用于钢桥建筑；棒材（或线材）主要包括钢筋、预应力钢筋、高强钢丝和钢绞线等，是钢筋混凝土桥梁建筑中使用的主材之一；异型材（特种形状）为特殊用途而制作的，如预应力混凝土桥梁的锚具、夹具和大变形装置中使用的异型钢梁等。,钢材的主要力学性能,强度塑性冷弯性能硬度冲击韧度耐疲劳性良好的焊接性,强度,1.强度是钢材力学性能的主要指标，包括屈服强度和抗拉强度；2.屈服强度(屈服极限)开始丧失对变形的抵抗能力开始产生大量的塑性变形时所对应的应力;注意:中碳钢和高碳钢无明显的屈服点-以残余变形0.2%的应力为屈服强度（或测变形1%代）3.抗拉强度-能承受的最大拉应力，达极限时，完全丧失对变形的抵抗能力而断裂；4.屈强比-屈服强度与抗拉强度比值，表结构的可靠性和钢材的有效利用率。屈强比越小，可靠性越高，利用率低。,抗拉强度,1.测定方法：由拉伸试验测出。2.低碳钢在拉伸试验中在外力作用下的变形一般可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。,3.低碳结构钢的应力-应变图,塑性:钢材在破坏前可以经受永久变形的性能,钢材的塑性指标有两个：伸长率和断面收缩率。（1）伸长率(Elongation),式中n伸长率（%）；L0试样的原标距长度，单位为mm；L1试样拉断时的标距长度，单位为mm；n试样长度与试件直径之比,说明:当断裂点在原始标距以内且离最近端的距离不小于原始标距的三分之一时按上式计算;否则按移位法计算。具体参照金属材料室温拉伸试验方法GB/T228-2002执行。,（2）断面收缩率(Reduction),式中断面收缩率（%）；A0试件原横截面积A1试件拉断处的横截面积与越大，说明钢材的塑性越好。一般以5%，10%为宜。,冷弯性能,1.定义：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。2.测定方法：将条形钢材试件以规定的弯心进行试验，弯曲至90或180，检查在弯曲处外面及侧面有无裂纹、裂缝、断裂等情况。,3.结论：弯曲角度愈大，弯心直径与试件厚度的比值愈小，则表明冷弯性能愈好。,硬度,1、定义：钢材抵抗硬物压入表面的能力称为钢材的硬度，亦即对局部塑性变形的抗力。指抵抗塑性变形的能力2、测定钢材硬度的方法：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和维氏硬度(HV)三种。3、布氏法的测定原理利用直径为D的淬火钢球，以P的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后卸除荷载。计算压痕单位面积所承受的荷载值即为布氏硬度。,HB=P/A式中HB布氏硬度；P所受荷载A压痕表面积,冲击韧度,1、定义：钢材抵抗瞬间冲击荷载而不破坏的能力称为冲击韧度衡量抵抗脆性破坏的指标2、测定方法：按照我国国家标准试验方法的摆冲法、横梁式来测定。3、测定指标：试件冲断时缺口处单位面积上所消耗的能量为冲击韧性指标。4、计算方法：,式中ak钢材的冲击韧性；摆锥质量重力加速度,摆锥冲击前后的高度A0试件槽口处原截面积,耐疲劳性,1.疲劳破坏-若在交变应力（随时间作周期性交替变更的应力）的反复作用下，往往在工作应力远小于抗拉强度时发生骤然断裂2.耐疲劳性-抵抗疲劳破坏的能力,良好的焊接性,1.良好的焊接性-指钢材的连接部分焊接后力性能不低于焊件本身,以防止产生硬化脆性和内应力过大等现象,桥梁建筑用主要钢材,1.碳素结构钢2.优质碳素结构钢3.低合金结构钢4.桥梁用结构钢,一、碳素结构钢,1、可加工成各种型钢、钢筋和钢丝，适用于一般结构和工程2、构件可进行焊接、铆接和栓接。3、碳素结构钢都由氧气转炉、平炉和电炉冶炼，一般以热轧（包括控轧）状态交货。,（一）牌号和符号,1、牌号表示方法钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。例如：Q235-AF2、符号含义Q钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；A、B、C、D分别为质量等级；F沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母；b半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母；Z镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；TZ特殊镇钢“特镇”两字汉语拼音首位字母。注：在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号予以省略。,碳素结构钢的牌号A:碳素结构钢按屈服点分为五个牌号Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。B:其牌号组成由首位字母+屈服点数值+质量等级符号（A、B、C、D）+脱氧方法符号（F-沸腾钢；b-半沸腾钢；Z-镇静钢；TZ-特殊镇静钢;牌号中“Z”和“TZ”符号可以省略。）等四部分按顺序组成。如Q235-AF；表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。,（一）牌号和符号,3、碳素结构钢的性能A塑性好B化学性能稳定C对轧制、加热及骤冷的敏感性较小但与低合金钢相比强度较低。4、碳素结构钢的应用由于五个牌号的性能不同，其用途也不同：Q195、Q215号钢塑性高，易于冷弯和焊接，但强度较低，故多用于受荷载较小及焊接的构件；,Q235号钢具有较高的强度和良好的塑性、韧性，易于焊接，且经焊接及气割后力学性能仍稳定，有利于冷热加工，故广泛地用于桥梁构件及钢筋混凝土结构中的钢筋等，是目前应用最广泛的钢种；Q255、Q275号钢屈服强度较高，但塑性、韧性和可焊性较差，可用于钢筋混凝土结构中配筋及钢结构的构件和螺栓。,（二）技术要求,1、牌号和化学成分在保证钢材力学性能符合本标准规定情况下，各牌号A级钢的碳、硅锰含量和各牌号其他等级钢的碳、锰含量下限可以不作为交货条件，但其含量（熔炼分析）应在质量证明书中注明。其化学成分见表8-1。,表8-1碳素结构钢的化学成分（GB/T700-1988）,2、力学性能钢材的拉伸和冲击试验应符合表3-16弯曲试验应符合表3-17规定各牌号A级钢的冷弯试验，在需方有要求时方进行。当冷弯试验合格时，抗拉强度上限可以不作为交货条件。同一种钢，平炉钢和氧气转炉钢质量优于空气转炉钢特殊镇静钢优于镇静钢，镇静钢优于半镇静钢，更优于沸腾钢；钢号增加，强度和硬度增加，塑性、韧性和可加工性能逐步降低；同一钢号内质量等级越高，钢的质量越好，如Q235C，D级优于A，B级，可作为重要焊接结构使用。,（三）取样方法,1、钢材应成批验收，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一等级、同一品种、同一尺寸、同一交货状态组成。每批重量不得大于60t。2、每批钢材的取样数量和取样方法见下表,二、低合金高强度结构钢,1、定义：低合金高强度结构钢是在普通碳素结构钢的基础上加入总量小于5的合金元素而形成的钢种。2、组成元素：在碳素结构钢的基础上，适量加入某些合金元素，常用的合金元素有硅、锰、钒、铬、镍和铜等3、特点：强度高、塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点（加入合金元素的目的是提高钢材强度和改善性能。大多数合金元素不仅可以提高钢材强度和硬度，还能改善塑性和韧性）。,二、低合金高强度结构钢,4、技术应用：广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。5、牌号表示方法：钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符合（A、B、C、D、E）三个部分按顺序排列。如Q390A6、力学性能见下页,表8-3低合金高强度结构钢的机械性能（GB1591-1994）,二、低合金高强度结构钢,7、取样：钢材应成批验收，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、同一热处理制度(指按热处理状态供应)的钢材组成。A级钢或B级钢允许同一牌号、同一质量等级、同一冶炼和浇注方法、不同炉罐号组成的混合批。但每批不得多于6个炉罐号，但各炉罐号含碳量之差不大于0.02，含锰量之差不大于0.15每批重量不得大于60t,二、低合金高强度结构钢,钢板、钢带及型钢厚度12mm或直径16mm的钢棒做冲击试验时，应采用10mm10mm55mm试样；厚度为6mm12mm的钢板、钢带及型钢或直径为12mm16mm的钢棒做冲击试验时，应采用5mm10mm55mm小尺寸试样。冲击试样可保留一个轧制面。冲击试样的纵向轴线应平行于轧制方向。,二、低合金高强度结构钢,8、每批钢材的检验项目、取样数量、取样部位和试验方法应符合表3-19规定。,三、优质碳素结构钢,1优质碳素结构钢对有害杂质含量控制严格、质量稳定，性能优于普通碳素结构钢。2特点：S、P的含量少，纯洁度、均匀性及表面质量都比较好。3冶炼方法钢以平炉、氧气碱性转炉、电弧炉冶炼，亦可采用标准要求的其它方法冶炼。共有31个钢号，除3个钢号是沸腾钢外，其余是镇静钢。4组批规则钢材应按批检查和验收，每批由同一炉罐号、同一加工方法、同一尺寸、同一交货装态（或同一热处理炉次）的钢材组成。,三、优质碳素结构钢,5、钢材的取样及试验方法应符合下表,四、桥梁用结构钢1、桥梁钢的牌号：由代表屈服点的汉语拼音字母“Q”+屈服点数值+桥梁钢的汉语拼音字母q+质量等级（a、b、c、d）符号4个部分组成。2、描述Q345qc的含义：表示屈服点为345MPa，质量等级为C级桥梁用结构钢。3、桥梁用结构钢中掺入微量元素的目的与要求：目的：为了改善钢材性能，可以加入钒、铌、钛、氨等。要求：其含量应符合表8-4的规定，并应在质量说明书中注明。钢的牌号与化学成分、力学性能与工艺性能应符合表8-5和表8-6的规定。,表8-4桥梁结构钢中微量元素含量限定值(GB/T714-2000),表8-5桥梁结构钢的牌号与化学成分要求(GB/T714-2000),表8-6桥梁结构钢的力学性能与工艺性能要求,表8-6桥梁结构钢的力学性能与工艺性能要求,钢筋检测,钢筋的力学性能和表面质量要求钢筋的力学性能检测,钢筋的力学性能和表面质量要求,1.钢筋混凝土中的钢筋和预应力混凝土中的非预应力钢筋有光圆钢筋、热轧带肋钢筋、低碳钢热轧圆盘条和冷轧带肋钢筋。,2.钢筋混凝土结构用钢筋分类按生产工艺可分为热轧、冷拉、热处理钢筋等。（1）热轧钢筋分类光圆的和带肋的两种。热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制，其牌号为HPB235，H-热轧（Hotrolled）、P-光圆(Plain)、B-钢筋(Bars)热轧带肋钢筋由低合金钢轧制，牌号由HRB和钢筋的屈服点最小值构成，H-热轧（Hotrolled）、R带肋（Ribbed）、B-钢筋(Bars)热轧带肋钢筋分类：HRB335、HRB400、HRB500三个牌号，见表8-7。,钢筋的力学性能,表8-7热轧钢筋的力学性能和工艺性能(GB1499-98),（2）冷轧带肋钢筋定义：冷轧带肋钢筋是将热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或两面横肋的钢筋。牌号：由CRB和钢筋的抗拉强度构成。C、R、B分别为冷轧（Coldrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词的英文首位字母。分类：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五个牌号，其中CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其它牌号为预应力混凝土用钢筋。特点：强度高、塑性好，综合力学性能优良；具有较强的握裹力；节约钢材，成本低。其中CRB550级钢筋作为钢筋混凝土结构构件的受力主筋、架力筋和构造钢筋，其余钢筋多用作中、小型预应力混凝土结构构件的受力主筋。,3.力学性能常规检测项目：强度、伸长率、弯曲4.表面质量要求：不得有裂纹、折叠、结疤、油污及其他影响使用的缺陷，可有浮锈，但不得有锈皮及麻坑、严重锈蚀,钢筋的力学性能检测,组批规则取样数量拉伸试验冷弯性能试验反复弯曲试验复验与判定规则,组批规则,按批进行检查和验收,每批应由同一牌号、同一外形、同一规格、同一生产工艺和同一交货状态的钢筋组成，每批不大于60t。,取样数量,取样数量表,注意（1）规定取两个试件的(低碳钢热轧圆盘条冷弯试件除外),均应从任意两根(两盘)中分别切取,每根钢筋上切取一个拉伸试件、一个冷弯试件；（2）低碳钢热轧圆盘条，冷弯试件应取自同盘的两端；（3）试件切取时，应在钢筋或盘条的任意一端截去500mm后切取；（4）一般试件截取长度为：拉伸试件：L10d+200mm；弯曲试件：L5d+150mm；（d为钢材直径）,拉伸试验,1试验步骤在试件上画标距，估算试验所需最大力。调试试验机，选择合适的量程。试件破坏荷载必须大于试验机全量程的20%且小于试验机全量程的80%，试验机的测量精度应为1%。（最小刻度）测量屈服强度和抗拉强度。钢筋拉伸试验在试验机上进行时，当测力盘的指针停止转动后恒定负载或第一次回转的最小负荷即为所求屈服点的荷载；继续加荷直至拉断，由测力度盘或拉伸曲线上读出最大负荷，即为所求抗拉强度的荷载。测量伸长率。即试件拉断后标距长度的增量与原始标距长度之比的百分率。,2.低碳钢的应力应变关系曲线的阶段及每个阶段特征弹性阶段：应力与应变按比例增加，呈线性关系。屈服阶段：应力与应变不再成正比关系，应变的增长大于应力的增长，已出现塑性变形。强化阶段：应力与应变值又开始上升，钢筋开始强化，至最大拉应力。缩颈阶段：应变急剧增加，产生缩颈现象，直到断裂。,3.屈服强度的测量钢筋拉伸试验在试验机上进行时，当测力盘的指针停止转动后恒定负载或第一次回转的最小负荷即为所求屈服点的荷载FS,4.测量钢筋屈服极限的方法步骤图解法：试验时记录力延伸曲线或力位移曲线。从曲线图读取力首次下降前的最大力和不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小力或屈服平台的恒定力。将其分别除以试样原始横截面积A0得到上屈服强度和下屈服强度。仲裁试验采用图解方法。指针法：试验时，读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力和不计初始瞬时效应时的屈服强度指示的最小力或首次停止转动的恒定力。将其分别除以试样原始横截面积A0得到上屈服强度和下屈服强度。自动装置：可采用微机或自动测定系统测定上屈服强度和下屈服强度，可以不给制拉伸曲线图。,5.测定中碳钢和高碳钢的屈服强度中碳钢和高碳钢没有明显的屈服点，采用分级加荷，求出弹性直线段相应于小等级负荷的平均伸长增量，由此计算出偏离直线段后各级负荷的弹性伸长。从总伸长中减去弹性伸长即为残余伸长。通常以残余伸长的0.2%应力作为屈服强度,6.抗拉强度的测定抗拉强度是向试件连续加荷直到拉断,由测力度盘或拉伸曲线上读出最大负荷Fb,抗拉强度为,7.试件原始横截面积测定？(有效四位数)对于圆形横截面试样，应在标距的两端及中间三处两个相互垂直的方向测量直径，取用算术平均值，取用三处测得的最小横截面积。对于矩形横截面试样，应在标距的两端及中间三处测量宽度和厚度，取用三处测得的最小横截面积。对于恒定横截面试样，可以根据测量的试样长度、质量和材料密度确定其原始横截面积。根据测量的原始试样尺寸计算原始横截面积，测量每个尺寸应准确到0.5%。,8.测量钢筋伸长率的方法将试样断裂的部分仔细地对接在一起，使其轴线处于同一直线上，并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距。应使用分辨率优于0.1mm的量具或测量装置测定断后标距（L），准确到0.25mm。如规定的最小断后伸长率小于5%，则采用下述方法测定。试验前在平行长度的一端处作一很小标记。使用调节到标距的分规，以此标记为圆心划一圆弧。拉断后，将断裂的试样置于一装置上，最好借助螺丝施加轴向力，以使其在测量时牢固地对接在一起。以原圆心为圆心，以相同的半径划第二个圆弧。测量两个圆弧之间的距离即为断后伸长，准确到0.02mm。为使划线清晰可见，试验前涂上一层染料当试样断裂位置不符合规定条件时采用位移法,注意:工程中钢材塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示，钢筋一般只进行伸长率单项抽验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的三分之一情况方为有效,但断后伸长率大于或等于规定值,不管断裂位置处于何处,测量均为有效。,9.移位法测定断后伸长率（当试件断裂位置不符合规定条件为避免报废试样）在试验前将原始标距（L0）细分为N等分；试验后，以符号X表示断裂后试样短段的标距标记，以符号Y表示断裂试样长段的等分标记，此标记与断裂处的距离最接近于断裂处至标距标记X的距离；如X与Y的之间的分格数为n；如N-n为偶数（见下图），测量X与Y之间的距离和测量从Y至距离为（N-n）/2个分格的Z标记之间的距离，按式=（XY+2YX-L0）/L0100%计算断后伸长率；,如N-n为奇数（见下图），测量X与Y之间的距离，和测量从Y至距离分别为（N-n-1）和（N-n+1）/2个分格的Z和Z标记之间的距离。按式=（XY+YZ+YZ-L0）/L0100%计算断后伸长率。,10.钢筋拉伸试验报告内容本国家标准编号；试样标识；材料名称、牌号试样类型试样的取样方向和位置所测性能结果。,11.钢筋拉伸试验中，各项检测数据精度要求原始横截面积至少保留四位有效数字断后伸长率精确到0.5%断后标距精确至0.25mm屈服强度和抗拉强度200N/mm2时，按1N/mm2修约间隔进行修约；屈服强度和抗拉强度在200N/mm21000N/mm2时，按5N/mm2修约间隔进行修约；屈服强度和抗拉强度1000N/mm2时，按10N/mm2修约间隔进行修约。,冷弯性能试验,1.冷弯是评定钢材塑性和工艺性能的重要依据。,2.冷弯试验步骤及注意事项弯曲试验可在配备弯曲装置的压力机或万能试