结构实体中钢筋保护层厚度检测课件.ppt

1、精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心项目项目检测依据：检测依据：1.混凝土结构施工质量验收规范混凝土结构施工质量验收规范（GB50204-2002）（）（2011）2.混凝土中钢筋检测技术规程混凝土中钢筋检测技术规程（JGJ/T152-2008）3.原设计图纸原设计图纸 混凝土内部钢筋保护层厚度 为混凝土表面与钢筋表面间的最小距离 精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心1、检验的结构部位及数量、检验的结构部位及数量检验的结构部位和构件数量，应符合以下要求：检验的结构部位和构件数量，应符合以下要求：（1）检验的结构部位应由监理（建设）、施工等

2、）检验的结构部位应由监理（建设）、施工等各方根据结构构件的重要性共同选定；各方根据结构构件的重要性共同选定；（2）对梁类、板类构件，应各抽取构件数量的）对梁类、板类构件，应各抽取构件数量的2%且不少于且不少于5个构件进行检验；个构件进行检验；当有悬挑构件时，抽取的构件中悬挑梁类、板类当有悬挑构件时，抽取的构件中悬挑梁类、板类构件所占比例均不宜小于构件所占比例均不宜小于50%。精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心2、选定构件的检验部位及数量、选定构件的检验部位及数量（1）对选定的）对选定的梁类构件，应对全部纵向受力钢筋梁类构件，应对全部纵向受力钢筋的保护层厚度进行检验

3、；的保护层厚度进行检验；（2）对选定的）对选定的板类板类构件，应抽取构件，应抽取不少于不少于6根根纵向受纵向受力钢筋的保护层厚度进行检验；力钢筋的保护层厚度进行检验；对于单向板，应沿对于单向板，应沿两受力两受力边检测负弯矩钢筋；边检测负弯矩钢筋；对于常见的双向板，应沿两长边检测负弯矩钢筋；对于常见的双向板，应沿两长边检测负弯矩钢筋；检测位置尽量靠近钢筋根部，并且在两长边中间检测位置尽量靠近钢筋根部，并且在两长边中间1/2范围检测。范围检测。（3）对每根钢筋，应在）对每根钢筋，应在有代表性的部位有代表性的部位测量测量1点。点。精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心精选课

4、件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心3、检验方法、检验方法v可采用非破损或局部破损的方法，也可采用非破可采用非破损或局部破损的方法，也可采用非破损方法并用局部破损的方法进行校准。损方法并用局部破损的方法进行校准。v检验误差：不得大于检验误差：不得大于1mm（1mm）。v（1）检测面要求：选择适当的检测面，检测面）检测面要求：选择适当的检测面，检测面应平整、清洁，并应避开金属预埋件。应平整、清洁，并应避开金属预埋件。v对于具有装饰面层的结构及构件，应清除装饰面对于具有装饰面层的结构及构件，应清除装饰面层后在混凝土面上进行检测。层后在混凝土面上进行检测。v（2）钻孔、剔凿时，

5、不得损坏钢筋，实测应采）钻孔、剔凿时，不得损坏钢筋，实测应采用游标卡尺，量测精度应为用游标卡尺，量测精度应为0.1mm。精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心4、检验技术（钢筋探测仪）、检验技术（钢筋探测仪）v检测前准备：检测前准备：v（1）检测前，应对钢筋探测仪进行预热和调零，）检测前，应对钢筋探测仪进行预热和调零，调零时探头应远离金属物体。在检测过程中，应调零时探头应远离金属物体。在检测过程中，应核查钢筋探测仪的零点状态。核查钢筋探测仪的零点状态。v（2）宜结合设计资料了解钢筋布置情况，检测）宜结合设计资料了解钢筋布置情况，检测时应避开钢筋接头和绑丝；时应避开钢筋

6、接头和绑丝；更重要的是要设定好更重要的是要设定好被检测钢筋的直径，否则偏差很大。被检测钢筋的直径，否则偏差很大。精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心4、检验技术（钢筋探测仪）、检验技术（钢筋探测仪）v检测步骤：检测步骤：v（1）钢筋位置确定：）钢筋位置确定：v 探头在检测面上移动，直到钢筋探测仪保护层探头在检测面上移动，直到钢筋探测仪保护层厚度示值最小，此时探头中心线与钢筋轴线应重厚度示值最小，此时探头中心线与钢筋轴线应重合，在相应位置做好标记。按上述步骤将相邻的合，在相应位置做好标记。按上述步骤将相邻的其他钢筋位置逐一标出。其他钢筋位置逐一标出。精选课件精选课件贵

7、州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心4、检验技术（钢筋探测仪）、检验技术（钢筋探测仪）v检测步骤：检测步骤：v（2）保护层厚度检测：）保护层厚度检测：，沿被测钢，沿被测钢筋轴线选择相邻钢筋影响较小的位置，并应避开筋轴线选择相邻钢筋影响较小的位置，并应避开钢筋接头和绑丝，钢筋接头和绑丝，读取第读取第1次检测次检测的混凝土保护的混凝土保护层厚度检测值。在被测钢筋的同一位置重复检测层厚度检测值。在被测钢筋的同一位置重复检测1次，次，读取第读取第2次检测次检测的混凝土保护层厚度检测值。的混凝土保护层厚度检测值。v 当同一处读取的当同一处读取的2个混凝土保护层厚度检测值个混凝土保护层厚度检测值

8、相差大于相差大于1mm时，该组检测数据无效，并查明时，该组检测数据无效，并查明原因，在该处应重新进行检测。原因，在该处应重新进行检测。仍不满足要求时，仍不满足要求时，应更换钢筋探测仪或采用钻孔、剔凿的方法进行应更换钢筋探测仪或采用钻孔、剔凿的方法进行验证。验证。精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心4、检验技术（钢筋探测仪）、检验技术（钢筋探测仪）v检测步骤：检测步骤：v（3）特殊情况特殊情况1：v 当实际混凝土保护层厚度小于钢筋探测仪最小当实际混凝土保护层厚度小于钢筋探测仪最小示值时，应采用在探头下附加垫块的方法进行检示值时，应采用在探头下附加垫块的方法进行检测。垫

9、块对钢筋探测仪检测结果不应产生干扰，测。垫块对钢筋探测仪检测结果不应产生干扰，表面应光滑、平整，其各方向厚度偏差值不应大表面应光滑、平整，其各方向厚度偏差值不应大于于0.1mm。所加垫块厚度在计算时应予扣除。所加垫块厚度在计算时应予扣除。精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心4、检验技术（钢筋探测仪）、检验技术（钢筋探测仪）v检测步骤：检测步骤：v（3）特殊情况特殊情况2：v 遇到下列情况之一时，应选取不少于遇到下列情况之一时，应选取不少于30%的的已测钢筋，且不少于已测钢筋，且不少于6处（实际检测数量不足处（实际检测数量不足6处处时应全部选取），采用剔凿、钻孔等方法

10、验证。时应全部选取），采用剔凿、钻孔等方法验证。v 1、认为相邻钢筋对检测结果有影响；、认为相邻钢筋对检测结果有影响；v 2、钢筋公称直径未知或有异议；、钢筋公称直径未知或有异议；v 3、钢筋实际根数、位置与设计有较大偏差；、钢筋实际根数、位置与设计有较大偏差；v 4、钢筋及混凝土材质与校准试件有显著差异。、钢筋及混凝土材质与校准试件有显著差异。精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心5、检测数据处理、检测数据处理v 钢筋的混凝土保护层厚度平均检测值应按下式计算：钢筋的混凝土保护层厚度平均检测值应按下式计算：v v 式中式中 第第i 测点平均检测值，精确至测点平均检测值

11、，精确至1mm；v 第第1、2次检测值，精确至次检测值，精确至1mm；v 保护层厚度修正值，为同一规格钢保护层厚度修正值，为同一规格钢v 筋的保护层厚度实测验证值减去检筋的保护层厚度实测验证值减去检v 测值，精确至测值，精确至0.1mm；v 探头垫块厚度，无垫块时为探头垫块厚度，无垫块时为0，精确，精确v 至至0.1mm。2/)22(021,cccccctttimtimc,tc2tc1cc0c精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心6、检测结论、检测结论v A.纵向受力钢筋的允许误差：纵向受力钢筋的允许误差：v 梁类构件：梁类构件：+10mm，-7mmv 板类构件：板类

12、构件：+8mm，-5mm精选课件精选课件贵州建筑科学研究检测中心贵州建筑科学研究检测中心6、检测结论、检测结论vB.对梁类、板类构件应分别进行验收，合格标准对梁类、板类构件应分别进行验收，合格标准如下：如下：v1、当全部钢筋的保护层厚度检验的合格率、当全部钢筋的保护层厚度检验的合格率为为90%及以上及以上时，钢筋的保护层厚度检验结果应时，钢筋的保护层厚度检验结果应判定为合格。判定为合格。v2、当全部钢筋的保护层厚度检验的合格率、当全部钢筋的保护层厚度检验的合格率小于小于90%但不小于但不小于80%时，可抽取相同数量的构件时，可抽取相同数量的构件进行检验；当按两次抽样总和计算的合格率为进行检验；

13、当按两次抽样总和计算的合格率为90%及以上时，钢筋的保护层厚度检验结果仍及以上时，钢筋的保护层厚度检验结果仍判定为合格。判定为合格。v3、每次抽样检测结果中不合格点的、每次抽样检测结果中不合格点的最大偏差均最大偏差均不应大于允许偏差的不应大于允许偏差的1.5倍倍。精选课件精选课件第第2.12.1节节 钢结构对材料的要求钢结构对材料的要求1.1.概述概述2.2.钢结构对材料的基本要求钢结构对材料的基本要求了解钢结构对材料性能的基本要求了解钢结构对材料性能的基本要求 本节目录本节目录基本要求基本要求精选课件精选课件2.1.1 2.1.1 概述概述 含碳量小于含碳量小于2的铁碳合金称作的铁碳合金称作

14、钢钢，含碳量大于，含碳量大于2时称作时称作铁铁。钢材种类繁多，性能差别很大，适用于钢结。钢材种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构只是其中一小部分。构只是其中一小部分。精选课件精选课件（1 1）较高的抗拉强度）较高的抗拉强度 fu和屈服点和屈服点 fy；fy是衡量结构是衡量结构承载力的指标，承载力的指标，fy高则可减轻结构自重，节约钢材和降低造高则可减轻结构自重，节约钢材和降低造价。价。fu是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映钢材内部组织的优劣，同时钢材内部组织的优劣，同时fu 高可以增加结构的安全保障。高可以增加结构的安全保障。（2 2）

15、较好的塑性、韧性；）较好的塑性、韧性；（3 3）良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）；）良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）；（4 4）对环境的良好适应性）对环境的良好适应性(低温、高温、腐蚀等低温、高温、腐蚀等)。2.1.2 2.1.2 钢结构对材料的基本要求钢结构对材料的基本要求精选课件精选课件第第2.22.2节节 钢材的破坏形式钢材的破坏形式钢材的两种破坏形式钢材的两种破坏形式了解钢材的破坏形式和特点了解钢材的破坏形式和特点 本节目录本节目录基本要求基本要求精选课件精选课件2.2.1 2.2.1 钢材的两种破坏形式钢材的两种破坏形式破坏形式特 征断 口后 果塑性破坏构件应力超过屈服点，并

16、且达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。断裂时断口与作用力方向呈45，呈纤维状，色泽发暗在破坏前有很明显的变形，并有较长的变形持续时间，便于发现和补救。脆性破坏在破坏前无明显变形，平均应力也小（一般都小于屈服点），没有任何预兆。断口平直并呈有光泽的晶粒状。突然发生的，危险性大，应尽量避免。精选课件精选课件第第2.32.3节节 钢材的主要性能钢材的主要性能1.1.受拉、受压及受剪时的性能受拉、受压及受剪时的性能2.2.冷弯性能冷弯性能3.3.冲击韧性冲击韧性掌握钢材的主要力学性能要求及含义掌握钢材的主要力学性能要求及含义本节目录本节目录基本要求基本要求精选课件精选课件2.3.1 2.3.

17、1 受拉、受压及受剪时的性能受拉、受压及受剪时的性能1 1、钢材在单向一次拉伸下的工作性能、钢材在单向一次拉伸下的工作性能试验条件：标准试件试验条件：标准试件（GB/T228），），常温常温（205）下缓慢加载，一次完成。含碳量为下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%0.3%。标准试件：标准试件：Lo/d=5或或10；Lo-标距；标距；d-直径直径图图2.3.12.3.1精选课件精选课件2 2、有明显屈服点钢材的、有明显屈服点钢材的-曲线曲线ufOPfEBCDAGyfH图图2.3.22.3.2精选课件精选课件2 2、有明显屈服点钢材的、有明显屈服点钢材的-曲线曲线图图2.3.32.3.3精选课

18、件精选课件 可划分为以下五个阶段：可划分为以下五个阶段：(1)(1)弹性阶段弹性阶段(OB(OE)段段)OA(OP)段材料处于纯弹性，即段材料处于纯弹性，即:EAB(PE)段有一定的塑性变形段有一定的塑性变形,但整个但整个OB(OE)段卸载段卸载时时 =0弹性模量：弹性模量：E=206103N/mm2其中，其中，A(P)点应力点应力 f p称为比例极限。称为比例极限。精选课件精选课件(2)(2)弹塑性阶段弹塑性阶段（BC(ES)段段)该段很短，表现出钢材的非弹性性质，即卸荷留该段很短，表现出钢材的非弹性性质，即卸荷留下永久的残余变形。下永久的残余变形。(3)(3)塑性阶段塑性阶段（CD(SC)

19、段段)该段该段基本保持不变（水平基本保持不变（水平),),急剧增大急剧增大,称为屈服称为屈服台阶。变形模量台阶。变形模量E=0。该段应力最高点和最低点分别称为上屈服点和下该段应力最高点和最低点分别称为上屈服点和下屈服点，下屈服点比较稳定，设计中则以下屈服点为屈服点，下屈服点比较稳定，设计中则以下屈服点为依据。依据。f y称为屈服点称为屈服点。精选课件精选课件（4 4）强化阶段强化阶段(DG(CB)段段)当应力达到当应力达到G(B)点时，出现颈缩现象，至点时，出现颈缩现象，至H(D)点点而断裂。而断裂。随荷载的增加，随荷载的增加，缓慢增大缓慢增大,但但增加较快。曲线增加较快。曲线最高点处最高点处

20、G(C)点的应力点的应力 fu称为抗拉强度或极限强度。称为抗拉强度或极限强度。（5 5）颈缩破坏阶段颈缩破坏阶段(GH(BD)段段)精选课件精选课件3 3、应力应变曲线的简化、应力应变曲线的简化设计时将钢材简化为理想弹塑性体设计时将钢材简化为理想弹塑性体钢材在静载作用下：钢材在静载作用下：强度计算以屈服点的应强度计算以屈服点的应力力fy为依据，抗拉强度为依据，抗拉强度fu为为材料的安全储备。材料的安全储备。22.5%-3%fy 1 0.15%图图2.3.52.3.5精选课件精选课件4 4、对无明显屈服点的钢材、对无明显屈服点的钢材 高强度钢材在拉伸过程中没有明显的屈服台阶，高强度钢材在拉伸过程

21、中没有明显的屈服台阶，塑性变形小，设计中不宜利用它的塑性。塑性变形小，设计中不宜利用它的塑性。设计时取相当于残余变形设计时取相当于残余变形为为0.2%时所对应的应力作为时所对应的应力作为屈服点屈服点称为称为条件屈服点条件屈服点或或名义屈服点名义屈服点f0.2。fy=f0.20.2%fup图图2.3.42.3.4精选课件精选课件5 5、单向拉伸时钢材的机械性能指标、单向拉伸时钢材的机械性能指标 （1 1）屈服点屈服点 fy 应力应变曲线开始产生塑性流动时应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。

22、设计值的重要指标。（2 2）抗拉强度抗拉强度 fu 应力应变曲线最高点对应的应应力应变曲线最高点对应的应力力,它是钢材最大的抗拉强度。它是钢材最大的抗拉强度。精选课件精选课件（3 3）伸长率伸长率00100%lll当当lo/d=5时，用时，用5表示表示当当l0/d=10时，用时，用10表示表示（5 10）实际工程中以伸长率实际工程中以伸长率 代表材料断裂前具有的塑性变形能力。代表材料断裂前具有的塑性变形能力。钢材的塑性是指：当应力超过屈服点后，钢材能产生显著的残钢材的塑性是指：当应力超过屈服点后，钢材能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。试件

23、断裂时的绝对变形值与原标距长度的百分比，用试件断裂时的绝对变形值与原标距长度的百分比，用表示。表示。精选课件精选课件（4 4）断面收缩率断面收缩率是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分比，用面面积比值的百分比，用 表示。表示。%100010AAA式中：式中：A0 试件原来的断面面积试件原来的断面面积 A1 试件拉断后颈缩区的断面面积试件拉断后颈缩区的断面面积 图图2.3.62.3.6精选课件精选课件 采用短试件采用短试件l0/d=3，屈服点同单向拉伸时的屈服点。，屈服点同单向拉伸时的屈服点。6 6、受压时的性能、受压时的性能7

24、7、受剪时的性能、受剪时的性能抗剪强度可由折算应力计算公式得到：抗剪强度可由折算应力计算公式得到：3279 103vyyNGmmff剪变模量剪变模量精选课件精选课件2.3.2 2.3.2 冷弯性能冷弯性能 冷弯性能是判别钢材塑性变形能力和冶金质量的冷弯性能是判别钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标综合指标 鉴定合格指标：通过冷弯冲头加压，当试件弯曲至鉴定合格指标：通过冷弯冲头加压，当试件弯曲至180时，检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面，如果没有裂纹、时，检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面，如果没有裂纹、断裂或分层，即认为试件冷弯性能合格。断裂或分层，即认为试件冷弯性能合格。图图2.3.7精选

25、课件精选课件2.3.3 2.3.3 冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。韧用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。韧性指标用冲击韧性值表示，冲击韧性也叫冲击功，用符号性指标用冲击韧性值表示，冲击韧性也叫冲击功，用符号Wkv或或Cv表示，单位为表示，单位为J。冲击韧性由冲击冲击韧性由冲击韧性试验确定。韧性试验确定。图图2.3.8精选课件精选课件图图2.3.9 冲击韧性演示冲击韧性演示精选课件精选课件影响冲击韧性的因素：影响冲击韧性的因素：冲击韧性与试件刻槽有关，常用

26、缺口形式为夏氏冲击韧性与试件刻槽有关，常用缺口形式为夏氏V型和梅型和梅氏氏U型，近年来，我国冲击试验已用夏氏型，近年来，我国冲击试验已用夏氏V型代替梅氏型代替梅氏U型。型。冲击韧性还与试验的温度有关。根据温度不同，我国钢冲击韧性还与试验的温度有关。根据温度不同，我国钢材标准中将试验分为四档，即材标准中将试验分为四档，即+20,0，-20和和-40时的时的冲击韧性。冲击韧性。温度越低，冲击韧性越低。温度越低，冲击韧性越低。精选课件精选课件钢材的机械性能指标屈服点 fy抗拉强度 fu伸长率 冷弯试验冲击韧性 Cv小结小结精选课件精选课件第第2.42.4节节 各种因素对钢材主要性能的影响各种因素对钢

27、材主要性能的影响1.1.化学成分化学成分2.2.冶金缺陷冶金缺陷3.3.钢材硬化钢材硬化1.1.了解影响钢材性能的主要因素了解影响钢材性能的主要因素本节目录本节目录基本要求基本要求2.2.了解防止脆性断裂破坏的方法了解防止脆性断裂破坏的方法 4.4.温度影响温度影响5.5.应力集中应力集中6.6.荷载的影响荷载的影响精选课件精选课件2.4.1 2.4.1 化学成分化学成分 普通碳素钢中普通碳素钢中Fe占占99%，C和和其他元素仅占其他元素仅占1%，但，但对钢材力学性能有着决定性的影响。对钢材力学性能有着决定性的影响。普通低合金钢中合金元素普通低合金钢中合金元素小于小于5%。(1)(1)碳（碳（

28、C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性、韧性和疲劳强度降低，同时恶化钢的强度增加，塑性、韧性和疲劳强度降低，同时恶化钢的焊接性能和抗腐蚀性。钢结构用钢中，碳含量一般控制焊接性能和抗腐蚀性。钢结构用钢中，碳含量一般控制在在0.22%以下，当其含量在以下，当其含量在0.2以下时，可焊性良好。以下时，可焊性良好。精选课件精选课件图图2.4.1 含碳量对含碳量对-关系的影响关系的影响0%C0.3%精选课件精选课件 (2)(2)硫（硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过：有害元素，热脆性。不得超过0.045%。(3)(3)磷（磷（P）：有害元素，冷脆性。

29、抗腐蚀能力略有：有害元素，冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过提高，可焊性降低。不得超过0.045%。(4)(4)锰（锰（Mn）：合金元素：合金元素,弱脱氧剂。与弱脱氧剂。与S形成形成MnS,熔点熔点1600,可以消除一部分可以消除一部分S的有害作用。的有害作用。(5)(5)硅（硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。：合金元素。强脱氧剂。精选课件精选课件 (6)(6)钒（钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。(7)(7)氧氧（O）：有害杂质，与：有害杂质，

30、与S相似（热脆）。相似（热脆）。(8)(8)氮氮（N）：有害杂质，与：有害杂质，与P相似（冷脆）相似（冷脆）。(9)(9)铜铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。性有影响。精选课件精选课件2.4.2 2.4.2 冶金缺陷冶金缺陷常见的冶金缺陷有：常见的冶金缺陷有：偏析偏析：钢中化学成分不一致和不均匀性称为偏析。主要是硫和：钢中化学成分不一致和不均匀性称为偏析。主要是硫和磷的偏析，使钢材的塑性、韧性及可焊性变坏。磷的偏析，使钢材的塑性、韧性及可焊性变坏。非金属夹杂非金属夹杂：常见的夹杂物为硫化物和氧化物。硫化物使钢材：常见的夹杂物为硫化物和氧化物。硫

31、化物使钢材在在800 1200高温下变脆，氧化物会降低钢材的力学性能和工艺高温下变脆，氧化物会降低钢材的力学性能和工艺性能。性能。气孔气孔：浇注时由：浇注时由FeO与与C作用所生成的作用所生成的CO气体不能充分逸出而气体不能充分逸出而留在钢锭内形成的。留在钢锭内形成的。裂纹裂纹：钢材中已出现的局部破坏：钢材中已出现的局部破坏 分层分层：指沿厚度方向形成层间并不相互脱离的分层。分层处易：指沿厚度方向形成层间并不相互脱离的分层。分层处易被锈蚀被锈蚀,且分层使钢材性能变差。且分层使钢材性能变差。精选课件精选课件2.4.3 2.4.3 钢材硬化钢材硬化 冷作硬化冷作硬化在冷加工或一次加载使钢材产生较大

32、的塑性变在冷加工或一次加载使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸载后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和形的情况下，卸载后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的现象韧性降低的现象。时效硬化时效硬化随着时间的增加，纯铁体中有一些数量极少随着时间的增加，纯铁体中有一些数量极少的碳和氮的固熔物质析出，使钢材的屈服点和抗拉强度提高，的碳和氮的固熔物质析出，使钢材的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降的现象塑性和韧性下降的现象。应变时效硬化应变时效硬化钢材产生一定数量的塑性变形后，铁素体钢材产生一定数量的塑性变形后，铁素体晶体中的固溶碳和氮更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又晶体中的固溶碳和氮更

33、容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象。发生时效硬化现象。精选课件精选课件图图2.4.2 硬化对钢材性能的影响硬化对钢材性能的影响0冷作硬化冷作硬化时效硬化时效硬化冷作硬化后冷作硬化后的塑性区的塑性区243 1fyfp冷加工及时效冷加工及时效冷加工及时效冷加工及时效后的塑性区后的塑性区fy0精选课件精选课件图图2.4.3精选课件精选课件 注意注意:不管哪一种硬化，都要降低钢材的塑性和不管哪一种硬化，都要降低钢材的塑性和韧性，对钢材不利。因此钢结构设计中一般不利用硬韧性，对钢材不利。因此钢结构设计中一般不利用硬化后提高的强度，而且对于直接承受动荷载的结构还化后提高的强度，而且对于直

34、接承受动荷载的结构还应设法消除硬化的影响。应设法消除硬化的影响。例如，经过剪切机剪切的钢板，为了消除剪切边例如，经过剪切机剪切的钢板，为了消除剪切边缘的冷作硬化，可采用火焰烧烤使之缘的冷作硬化，可采用火焰烧烤使之“退火退火”或将边或将边缘刨去缘刨去35mm。精选课件精选课件2.4.4 2.4.4 温度影响温度影响图图2.4.4 温度对钢材机械性能的影响温度对钢材机械性能的影响8006004002000N/mm2Efufy20040060020406080%220210200190180170160E E（x10 x103 3N/mmN/mm2 2）t(0C)精选课件精选课件 1 1正温范围正温

35、范围 200以内对钢材性能无大影响，该范围内随温度以内对钢材性能无大影响，该范围内随温度升高总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。升高总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。250左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加加蓝蓝脆现象脆现象，该温度区段称为，该温度区段称为“蓝蓝脆区脆区”。260320产生产生徐变现象徐变现象。600左右弹性模量趋于零，承载能力几乎完全丧左右弹性模量趋于零，承载能力几乎完全丧失。失。精选课件精选课件 当 温 度 低当 温 度 低于常温时，钢于常温时，钢材的脆性 倾 向材的脆性 倾 向随温度降 低 而随温度降 低 而增加，材

36、料 强增加，材 料 强度略有提 高，度略有提 高，但其塑性 和 韧但其塑性 和 韧性降低，该 现性降低，该 现象称为象称为低 温 冷低 温 冷脆脆。2 2负温范围负温范围脆性破坏脆性破坏转变过渡区段转变过渡区段塑性破坏塑性破坏反弯点反弯点试验温度试验温度T T0 0C C冲冲 击击 断断 裂裂 功功 C Cv vT1T2T0图图2.4.5 冲击韧性与温度的关系曲线冲击韧性与温度的关系曲线精选课件精选课件2.4.5 2.4.5 应力集中应力集中 1.1.应力集中的概念应力集中的概念 在钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口、凹在钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变

37、化和内部缺陷等，此时截角、裂缝、厚度变化、形状变化和内部缺陷等，此时截面中的应力分布不再保持均匀，而是在一些区域产生局面中的应力分布不再保持均匀，而是在一些区域产生局部高峰应力，形成所谓部高峰应力，形成所谓应力集中现象应力集中现象。图图2.4.6 孔洞及槽孔孔洞及槽孔处的应力集处的应力集中现象中现象y yz zy yx xz zx xx xy y0 00 01 11 1x xy y0 00 01 11 1精选课件精选课件 2.2.应力集中的影响应力集中的影响 可以看出截面槽可以看出截面槽口改变愈急剧，应力口改变愈急剧，应力集中现象愈厉害，其集中现象愈厉害，其抗拉强度愈高，但塑抗拉强度愈高，但塑

38、性愈差，脆性破坏的性愈差，脆性破坏的倾向愈大。倾向愈大。1020300.425100%(N/mm2)10测距10010100600700500400300200100图图2.4.7 应力集中对应力集中对-曲线关系的影响曲线关系的影响精选课件精选课件3.3.减小应力集中现象的措施减小应力集中现象的措施 由于钢材具有良好的塑性性能，在一定程度上能促使由于钢材具有良好的塑性性能，在一定程度上能促使应力进行重分配，当承受静力荷载且在常温下工作时，只应力进行重分配，当承受静力荷载且在常温下工作时，只要符合规范规定的设计要求，可以不考虑应力集中的影响。要符合规范规定的设计要求，可以不考虑应力集中的影响。但

39、在负温下或动力荷载作用下工作的结构，应力集中的不但在负温下或动力荷载作用下工作的结构，应力集中的不利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源。故在设利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源。故在设计中应采取措施避免或减少应力集中，并选用质量优良的计中应采取措施避免或减少应力集中，并选用质量优良的钢材。钢材。1:2.5图图2.4.8精选课件精选课件2.4.6 2.4.6 反复荷载作用反复荷载作用 1.1.加荷速度的影响加荷速度的影响 加荷速度过快，构件来不及变形，得到的屈服点也加荷速度过快，构件来不及变形，得到的屈服点也高，且呈脆性。特别在低温时对钢材性能的影响要比常高，且呈脆性。特别在低温时

40、对钢材性能的影响要比常温下大得多。因此，试验时需规定加载速度。温下大得多。因此，试验时需规定加载速度。2.2.循环荷载的影响循环荷载的影响 钢材在钢材在直接的直接的连续连续反复的动力反复的动力荷载作用下，损伤会荷载作用下，损伤会逐渐累积，逐渐累积，缺陷会发展成微观缺陷会发展成微观裂纹裂纹，继而发展到宏观，继而发展到宏观裂裂纹，纹，截面削弱到一定程度而突然截面削弱到一定程度而突然破坏（破坏（这种现象叫这种现象叫疲劳疲劳破坏破坏）。）。精选课件精选课件本节讨论：本节讨论：防止脆性断裂的方法防止脆性断裂的方法 (1)(1)合理设计合理设计 合理的设计应该在考虑材料的断裂韧性水平、最低工合理的设计应该

41、在考虑材料的断裂韧性水平、最低工作温度、荷载特征、应力集中等因素后，再选择合理的结作温度、荷载特征、应力集中等因素后，再选择合理的结构型式，尤其是合理的构造细节十分重要。构型式，尤其是合理的构造细节十分重要。设计时应力求使缺陷引起的应力集中减少到最低限度，设计时应力求使缺陷引起的应力集中减少到最低限度，尽量保证结构的几何连续性和刚度的连贯性。尽量保证结构的几何连续性和刚度的连贯性。(2)(2)合理制作和安装合理制作和安装 冷加工冷加工栓孔栓孔 钻、扩钻、扩 焊接焊接合理工艺、参数，减小焊接残余应力，如合理工艺、参数，减小焊接残余应力，如厚钢板，焊前预热，焊后保温厚钢板，焊前预热，焊后保温 安装

42、安装减小装配残余应力减小装配残余应力精选课件精选课件 (3)(3)合理使用及维修措施合理使用及维修措施避免突然荷载；防锈；避免突然荷载；防锈；避免撞击和机械损伤；保持使用温度等。避免撞击和机械损伤；保持使用温度等。(4)(4)合理选择钢材合理选择钢材 温度温度冷脆转变温度低冷脆转变温度低于结构的工作温度于结构的工作温度 厚度厚度薄薄精选课件精选课件第第2.52.5节节 复杂应力作用下钢材的屈服条件复杂应力作用下钢材的屈服条件1.掌握复杂应力作用钢材屈服条件及应用掌握复杂应力作用钢材屈服条件及应用基本要求基本要求精选课件精选课件基本基本假定：假定：（1 1）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单

43、位）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积中积聚的能量来表达；体积中积聚的能量来表达；（2 2）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹性转入塑性。形能时，钢材即由弹性转入塑性。精选课件精选课件yOxzyzyxxyxzzyzxZXY单元体受复杂应力单元体受复杂应力图图2.5.1112233单元体受主应力单元体受主应力图图2.5.2精选课件精选课件 在三向应力作用下，钢材由弹性状态转变为塑性在三向应力作用下，钢材由弹性状态转变为塑性状态的条件，可用状态的条件，可用按能量强度理论计算的按能量强度理论计算的折算应力折算应力red和钢材

44、在单向应力和钢材在单向应力下的屈服点下的屈服点fy相比较来判断，即相比较来判断，即1.1.以一般应力分量表示以一般应力分量表示2.2.以主应力表示以主应力表示当当时钢材处于弹性状态，时钢材处于弹性状态，时钢材处于塑性状态。时钢材处于塑性状态。redyfredyf2221223311()()()(22)2redyf(2-2)(2-2)222222()3()(2 1)redxyzxyy zzxxyyzzxyf(2-1)(2-1)精选课件精选课件 对于薄板，厚度方向的应力很小，常可忽略不计，对于薄板，厚度方向的应力很小，常可忽略不计，这时三向应力状态可简化为平面应力状态，式（这时三向应力状态可简化为

45、平面应力状态，式（2-12-1）成为成为 3.3.几种特殊情况几种特殊情况一般的梁，只存在正应力和剪应力，则：一般的梁，只存在正应力和剪应力，则：223redyf（2-42-4）222(2)33redxyxyxyyf（2-32-3）精选课件精选课件纯剪时纯剪时=0 ，则有则有233redyf（2-52-5）即：钢材的剪切屈服点是单轴拉伸屈服点即：钢材的剪切屈服点是单轴拉伸屈服点 fy的的0.58倍。倍。因此，规范规定：钢材的抗剪设计强度为抗拉设计强度因此，规范规定：钢材的抗剪设计强度为抗拉设计强度的的0.58 倍。倍。0.58(2 6)3yyvyfff（2-62-6）精选课件精选课件第第2.6

46、2.6节节 钢材的疲劳钢材的疲劳1.1.疲劳破坏特征疲劳破坏特征2.2.常幅疲劳常幅疲劳3.3.变幅疲劳变幅疲劳1.1.了解钢材疲劳破坏的特征了解钢材疲劳破坏的特征2.2.掌握疲劳破坏的计算方法掌握疲劳破坏的计算方法本节目录本节目录基本要求基本要求精选课件精选课件疲劳破坏特征疲劳破坏特征 1.1.概念概念 钢材在连续反复荷载的作用，当应力低于抗拉强度，钢材在连续反复荷载的作用，当应力低于抗拉强度，甚至低于屈服强度时发生突然断裂的现象，这种现象称甚至低于屈服强度时发生突然断裂的现象，这种现象称为为钢材的疲劳钢材的疲劳。2.2.疲劳破坏的机理疲劳破坏的机理 疲劳破坏是积累损伤的结果。疲劳破坏是积累

47、损伤的结果。破坏过程：破坏过程：缺陷缺陷微观裂纹微观裂纹宏观裂纹宏观裂纹断裂。断裂。通常钢结构的疲劳破坏属于高周低应变疲劳，即总应通常钢结构的疲劳破坏属于高周低应变疲劳，即总应变幅小，破坏前荷载循环次数多，循环次数变幅小，破坏前荷载循环次数多，循环次数N5N510104 4，应进行疲劳计算。应进行疲劳计算。精选课件精选课件相同点：相同点：突然断裂，断裂时名义应力都低于屈服点突然断裂，断裂时名义应力都低于屈服点不同点之一：不同点之一：疲劳破坏疲劳破坏 裂纹扩展稳定，缓慢，多次反复加载裂纹扩展稳定，缓慢，多次反复加载 脆性破坏脆性破坏 裂纹扩展不稳定，迅速，一次加载就可能裂纹扩展不稳定，迅速，一次

48、加载就可能 破坏破坏不同点之二：不同点之二：疲劳破坏疲劳破坏 断口分为疲劳区和瞬断区（疲劳区记载了裂断口分为疲劳区和瞬断区（疲劳区记载了裂 缝扩展和闭合的过程，颜色发暗，表面有较缝扩展和闭合的过程，颜色发暗，表面有较 清楚的疲好纹理，呈沙滩状或波纹状。瞬断清楚的疲好纹理，呈沙滩状或波纹状。瞬断 区真实反映了当构件截面因裂缝扩展削弱到区真实反映了当构件截面因裂缝扩展削弱到 一临界尺寸时脆性断裂的待点，瞬断区晶粒一临界尺寸时脆性断裂的待点，瞬断区晶粒 粗亮）粗亮）脆性破坏脆性破坏 闪光的晶粒状闪光的晶粒状 3 3.疲劳破坏与脆性破坏比较疲劳破坏与脆性破坏比较精选课件精选课件4 4.影响疲劳破坏的主

49、要因素影响疲劳破坏的主要因素 构造细节构造细节应力集中程度和残余应力大小应力集中程度和残余应力大小 荷载循环次数荷载循环次数5104次，验算疲劳次，验算疲劳 荷载引起的循环应力特征荷载引起的循环应力特征 应力幅（焊接结构）应力幅（焊接结构）应力比（非焊接结构）应力比（非焊接结构）精选课件精选课件5 5.几个概念几个概念 循环荷载循环荷载结构或构件承受的随时间变化的荷载。结构或构件承受的随时间变化的荷载。应力循环应力循环构件截面应力随时间的变化。构件截面应力随时间的变化。应力循环次数应力循环次数结构或构件破坏时所经历的应力变结构或构件破坏时所经历的应力变 化次数。化次数。应力比应力比循环应力中最

50、小的峰值应力循环应力中最小的峰值应力min与最大的峰与最大的峰值应力值应力max绝对值之比。绝对值之比。=min/max(拉应力取正号而拉应力取正号而压应力取负号压应力取负号)精选课件精选课件 应力幅应力幅在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅一次为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅:=maxmax-minmin为常量为常量 常幅循环：常幅循环：为变量为变量 变幅循环：变幅循环：此处此处max为最大拉应力，取正值，为最大拉应力，取正值，min为最小拉应力或压为最小拉应力或压应力。（拉应力取正号而压应力取负