钢结构钢材原材料力学性能检测技术

钢结构钢材原材料拉伸、冷弯力学性能检测技术

一、检测依据

《碳素结构钢》GB/T700-2006

《金属材料 室温拉伸试验方法》GB/T228-2002 《金属材料 弯曲试验方法》GB/T232-1999 二、技术要求 1. 拉伸试验 1）原理

试验系用拉力拉伸试样，一般拉至断裂，侧定材料的屈服强度R（、抗拉强度R（、 eMPa）mMPa）伸长率A（%）。除非另有规定，试验一般在室温10℃～35℃范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃ 士5℃。

伸长率A：原始标距的伸长与原始标距(L0)之比的百分率。 应力：试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积(S0)之商。

屈服强度Re：当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点.应区分上屈服强度和下屈服强度。 抗拉强度Rm：相应最大力(Fm) 的应力。 极限强度 ultimate strength

物体在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，也可称为破坏强度或破坏应力。一般用标称应力来表示。根据应力种类的不同，可分为拉伸强度(σt)、压缩强度(σc)、剪切强度(σs)等。 2）制样

试样的形状与尺寸取决于要被试验的金属产品的形状与尺寸。通常从产品、压制坯或铸锭切取样坯经机加工制成试样。但具有恒定横截面的产品(型材、棒材、线材等)和铸造试样(铸铁和铸造非铁合金)可以不经机加工而进行试验。矩形横截面试样，推荐其宽厚比不超过8:1。

试样原始标距与原始横截面积有L0kS0关系者称为比例试样。国际上使用的比例系数k的值为5.65。原始标距应不小于15mm。当试样横截面积太小，以致采用比例系数k为5.65 的值不能符合这一最小标距要求时，可以采用较高的值„优先采用11.3 的值)或采用非比例试样。非比例试样其原始标距(L0)与其原始横截面积（S0）无关。

a. 机加工的式样

图1 b. 为产品一部分的不经机加工试样

地脚螺栓（圆钢）试样试样图钢板、型钢试样试样图一般要求试件宽度取25夹持端 图2 3）原始横截面积(S0)的侧定

S0=ab………(a、b为试样截面的长宽) a一般都去25mm 4）原始标距(L0)的标记

应用小标记、细划线或细墨线标记原始标距，但不得用引起过早断裂的缺口作标记。 对于比例试样，应将原始标距的计算值修约至最接近5mm的倍数，中间数值向较大一方修约。原始标距的标记应准确到±1%。

如平行长度(Lc)比原始标距长许多，例如不经机加工的试样，可以标记一系列套叠的原始标距。有时，可以在试样表面划一条平行于试样纵轴的线，并在此线上标记原始标距。 5）试验速率

应力速率取10（N/mm2）〃S-1 6)断后伸长率的测定

为了测定断后伸长率，应将试样断裂的部分仔细地配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。

应使用分辨力优于0.1 mm的量具或测量装臵测定断后标距(L0)，准确到±0.25mm。 7）屈服强度（Re）的测定

图3

初始瞬时效应

应力----应变曲线延伸率①从A到B的直线表示弹性区域内荷载与变形的关系，只要荷载不超过B点，当卸载后，试样会恢复到原来的尺寸和形状，B点的应力称为材料的弹性极限。

②在B到D点阶段，卸载后试样无法恢复原始状态。在C点，塑性变形速率很快，以至于由塑性变形导致应力松弛率超过了材料的抵抗力，所以应变增加的同时，应力不再增加，反而下降，C点称为屈服点。

③在D点，曲线突然升高，表明材料已经加工硬化，必须增加荷载才能使材料继续变形。在E点前，材料的变形速率不断增加，E点是材料的极限强度（拉伸试验时称为抗拉强度）。 ④断裂强度为何比极限强度低？

材料的极限强度是以材料的初始截面面积定义的最高强度，因此，塑性材料在经过拉伸，颈缩后，材料的截面面积变小很多，断裂时荷载已经变得很低。当材料塑性的降低，材料的极限强度与断裂强度变得很接近。

屈服强度又称为屈服极限 ，是材料屈服的临界应力值。

（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；

（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的永久形变）时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩，应变增大，使材料破坏，不能正常使用。

当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点

应力

的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度(ReL或Rp0.2)。 有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2％)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yield strength）。

首先解释一下材料受力变形。材料的变形分为弹性变形（外力撤销后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短） 建筑钢材以 屈服强度 作为设计应力的依据。

所谓屈服，是指达到一定的变形应力之后，金属开始从弹性状态非均匀的向弹-塑性状态过度，它标志着宏观塑性变形的开始。 抗拉强度（Rm）的测定

读取试验过程中的最大力。最大力除以试样原始横截面积(S0)得到抗拉强度。

Rm=Fm/ S0 （MPa）N/mm2

8）试验结果处理

试验出现下列情况之一其试验结果无效，应重做同样数量试样的试验。

a. 试样断在标距外或断在机械刻划的标距标记上，而且断后伸长率小于规定最小值; b. 试验期间设备发生故障，影响了试验结果。

试验后试样出现两个或两个以上的缩颈以及显示出肉眼可见的冶金缺陷(例如分层、气泡、夹渣、缩孔等)，应在试验记录和报告中注明。

2.弯曲试验（GB/T 232-1999） 1）原理

弯曲试验是以圆形、方形、矩形或多边形横截面试样在弯曲装臵上经受弯曲塑性变形，不改变加力方向，直至达到规定的弯曲角度。

弯曲试验时，试样两臂的轴线保持在垂直于弯曲轴的平面内。如为弯曲180°角的弯曲试验，按照相关产品标准的要求，将试样弯曲至两臂相距规定距离且相互平行或两臂直接接触。

图4

本公司采用支辊式弯曲装臵进行弯曲试验 ①支辊长度应大于试样宽度或直径。支辊半径应为1～10倍试样厚度。 ②除非另有规定，支辊间距离应按下式确定：

L=(d+3t)±0.5t

③弯曲压头直径应在相关产品标准中规定，压头宽度应大于试样宽度或直径，且有足够的硬度。

2）试样

①试验使用圆形、方形、矩形或多边形横截面的试样样坯的切取位臵和方向应按照相关产品标准的要求如未具体规定，对于钢产品，应按照GB/T 2975的要求试样应通过机加工去除由于剪切或火焰切割等影响了材料性能的部分

②试样宽度应按照相关产品标准的要求。如未具体规定，试样宽度、厚度应按照如下要求:

a) 当产品宽度不大于20mm时，试样宽度为原产品宽度;

b) 当产品宽度大于20mm,厚度小于3mm时，试样宽度为20mm±5mm;厚度不小于3mm时. 试样宽度在20～50 mm之间（我们统一采用25mm）

c) 对于板材、带材和型材，产品厚度不大于25 mm时，试样厚度应为原产品的厚度；产品厚度大于25 mm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一侧。

d) 直径或多边形横截面内切圆直径不大于50mm的产品，其试样横截面应为产品的横截面，如试验设备能力不足，对于直径或多边形横截面内切圆直径超过30～50 mm的产品，可以按照图5将其机加工成横截面内切圆直径为不小于25mm的试样。直径或多边形横截面内切圆直径大于50mm的产品，应按照图5将其机加工成横截面内切圆直径为不小于25 mm的试样。试验时，试样未经机加工的原表面应臵于受拉变形的一侧。除作另有规定，钢筋类产品均以其全截面进行试验。

图5

25(最小）

减薄试样横截面形状与尺寸

e) 试样长度应根据试样厚度和所使用的试验设备确定。采用图3的方法时可以按照下式： L=0.5л(d+t)+140mm

式中：л为圆周率，其值取3.1。 3）试验程序

试验一般在10-35℃的室温范围内进行。对温度要求严格的试验试验温度应为23℃±

5℃。

试样弯曲至1800角两臂相距规定距离且相互平行的试验，首先对试样进行初步弯曲(弯曲角度应尽可能大)，然后将试样臵于两平行压板之间连续施加力压其两端使进一步弯曲，直至两臂平行。试验时可以加或不加垫块。除非产品标准中另有规定，垫块厚度等十规定的弯曲压头直径。

4）试验结果评定

①应按照相关产品标准的要求评定弯曲试验结果。如未规定具休要求，弯曲试验后试样弯曲外表曲无肉眼可见裂纹应评定为合格。

②相关产品标准规定的弯曲角度认作为最小值；规定的弯曲半径认作为最大值。

大六角高强螺栓扭矩系数和连接副抗滑移系数检测细节

一、扭矩系数检测

1. 复验用螺栓应在施工现场待安装的螺栓批中随机抽取，每批应抽取8套连接副进行复验。

2. 连接副扭矩系数复验用的计量器具应在试验前进行标定，误差不得超过2%。 3. 每套连接副只应做一次试验，不得重复使用。

4. 连接副扭矩系数的复验应将螺栓穿入轴力计，在测出螺栓预拉力P的同时，应测定施加于螺母上的施拧扭矩值T，并应按下式计算扭矩系数K。

（6.2.4）

TK

Pd式中： T──施拧扭矩（N〃m）；

d──高强度螺栓的螺纹规格（螺纹大径）（mm）； P──螺栓预拉力（kN）。

进行连接副扭矩系数试验时，螺栓预拉力值应符合表6.2.5的规定。 螺栓预拉力值范围 (kN)

表6.2.5

螺栓规格（mm） P M12 ≤59 ≥49 M16 ≤113 ≥93 M20 ≤177 ≥142 M24 ≤250 ≥206 M27 ≤324 ≥265 二、连接副抗滑移系数检测 试件的组装顺序应符合下列规定：

先将冲钉打入试件孔定位，然后逐个换成装有压力传感器或贴有电阻片的高强度螺栓，或换成同批经预应力复验的扭剪型高强度螺栓。

紧固高强度螺栓应分初拧、终拧。初拧应达到螺栓预拉力标准值的50%左右。终拧后，螺栓预拉力应符合下列规定：

对装有压力传感器或贴有电阻片的高强度螺栓，采用电阻应变仪实测控制试件每个螺栓的预拉力值应在0.95P～1.05P（P为高强度螺栓设计预拉力值）之间； 预拉力设计值P 螺栓规格（mm） 16 20 22 24 性能等级 80 125 150 175 8.8s 10.9s 100 155 190 225 0.95p 95 147 181 214 1.05p 105 163 200 236 27 230 290 276 305 30 280 355 337 373 同一性能等级、材料、炉号、螺纹规格、长度（当螺栓长度≤100mm时、长度相差≤15mm，螺栓长度＞100mm时、长度相差≤20mm，可视为同一长度）、机加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺栓为同批。同一性能等级、材料、炉号、螺纹规格、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺母为同批。同一性能等级、材料、炉号、规格、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的垫圈为同批。分别由同批螺栓、螺母、垫圈组成的连接副为同批连接副。为保证扭矩系数供货的螺栓连接副最大批量为3000套。

抗滑移系数的检验批：制造单位或安装单位可按分部（字部分）工程的工程量划分规定的工程量每2000T为一批，不足2000T的可视为一批。选择两种或两种以上表面处理工艺时，每种处理工艺应单独检验。每批三组试件。

抗滑移板宽度(mm)

螺栓直径d 板宽b 16 100 20 100 22 105 24 110 27 120 30 120 1.组装好后在试件侧面画出观察滑移的直线。

2.组装好的试件放臵于拉力机上，试件的轴线应与试验机夹具中心严格对中。 3.加载时，先加10%的抗滑移设计荷载值，停1分钟后再平稳加载，加载速度为3～5kN/s。 4.已滑移现象：a.试验机发生回针现象；b.画线发生错动；c.试件突然发生“嘣”的声响。