钢结构实验报告

钢结构试验实验报告专业班级学号姓名指导教师1、概述

结构的可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能⼒。所谓规定时间，是指设计所假定的结构使⽤时间，既设计基准期。按《建筑结构设计统⼀标准》，建筑结构设计的基准期⼀般为50年。所谓规定条件，是指正常设计、正常施⼯、正常使⽤等条件。所谓预定功能，是指结构的安全性、适⽤性、耐久性。安全性是指建筑结构在规定的条件下应能承受可能出现的各种作⽤，以及遇到偶然事件是应能保持必要的整体稳定性。这⾥所指的作⽤包括荷载及外加变形或外加约束作⽤。适⽤性是指建筑结构在正常使⽤时，应能满⾜正常的使⽤要求，如不能有过⼤的变形⼤裂缝等。耐久性是指建筑结构在正常使⽤下正常维护下材料性能时间推移⽽变化，但仍应满⾜预订功能的要求。如在基准期内，结构材料的锈蚀或其他腐蚀均不应超过规定的限值。

结构的可靠性是指结构的安全性、适⽤性、耐久性的总称。建筑结构在规定的正常的使⽤条件下，在规定的基准使⽤期内，如果其安全性、适⽤性和耐久性均能得到满⾜，就意味着这个结构是可靠的。

我国规定设计基准期为50年，是指在50年内能保持要求的可靠概率，⽽为计算这个可靠概率所依靠的各随机变量的统计参数，也是以这个基准期统计的时间范围。超过50年则可靠概率会降低，但不等于马上报废。所以设计基准期50年不是建筑物报废期限，也不是建筑物的寿命。

建筑结构物的检测和可靠性鉴定的⽬的，是通过科学分析并利⽤检测⼿段，按结构设计规范和相应标准要求，评估其继续使⽤的寿命。结构可靠性鉴定的基本⽅法主要有经验法、实⽤鉴定法和可靠度鉴定法。2、鉴定⽬的、内容、步骤1）鉴定的⽬的

1．检测结构的质量，说明结构的可靠性

2．判断旧结构的实际承载能⼒，为改建扩建⼯程提供依据3．找出事故的原因，作为今后的教训和借鉴4．处理⼯程事故，提供技术依据2）鉴定的内容及步骤：（⼀）初步调查

初步调查应包含以下内容

1．原设计图和竣⼯图、⼯程地质报告、历次加固和改造设计图、事故处理报告、竣⼯验收⽂件和检查观测记录等；2．原始施⼯情况；3．建筑物的使⽤情况；

4．根据已有资料与实物进⾏初步核对、检查和分析；5．填写初步调查表，表格格式应符合有关规范要求；

6．制定详细调查计划。确定必要的实测、试验和分析等的⼯作⼤纲。（⼆）详细检查

钢结构由于所⽤的结构材料强度⾼，⽤其所制成的结构构件薄、细、长、柔，且设计所⽤应⼒⾼，连接构造以及其传递的应⼒⼤，另外结构对局部应⼒、残余应⼒、⼏何偏差、裂缝、腐蚀／振动、撞击效应敏感。因此，对强度、稳定、疲劳、连接都有着不可忽视的影响，

结构检查是⼗分重要的，要精⼼分析和判断结构构件上的有关反应。

（1）钢结构屋盖系统的檩条数量⼤⼜在⾼空，逐⼀检查⽐较困难，⽽檩条除起着承受屋⾯⾃重及活载作⽤外，还在⼀定程度上起屋架上弦的平⾯外⽀撑的作⽤。检查中应注意檩条的⽀座连接、变形、腐蚀、缺⼝效应等情况。还应特别注意施⼯超载、积灰、事故造成的檩条损伤等。

（2）有重级吊车的⼚房屋盖的钢屋架⽀撑系统中特别是靠屋架下弦节点的⽀撑系杆是易损坏的。尽管⼀般⼚房屋架是按平⾯受⼒设计的，⽽实际上是靠空间约束受⼒的，这样⽀撑系统将起着⼗分重要的作⽤。故应特别注意检查⽀撑杆中⼜特别是单肢杆中有否初弯曲、断裂、节点撕裂、连接铆钉或螺栓松动、剪断、焊缝是否正常、有否开裂等。

⼯程上屋架和托架的失效往往发⽣在设计、制作、安装、连接、使⽤的错误和腐蚀、断裂、失稳上，因此应检查杆件及杆件连接的断⾯、焊接长度、焊缝厚度是否有误，另外是焊接质量及制作质量是否符合要求，实际构造与计算图形是否相符。再者是安装和使⽤问题检查和核实等。

屋架和托架超出施⼯验收规范的倾斜、杆件弯曲等还应进⾏测量，对扭曲、裂缝和构造缺陷还应有测绘记录。

（3）实腹梁应注意检查翼缘的压弯、裂缝、腹板与上下翼缘的连接和变形情况。 （4）钢吊车梁系统是⼯业⼚房钢⾻架中的重要组成部分。尤其在重级和特重级⼯作制的⼚房内，吊车梁系统的构件及其连接，是长期使⽤过程中最易出现局部以致整体破坏的部分。也是⽣产中需要定期检查和维修的主要对象，由于计算简图和实际情况之间的差异，加之使⽤⾮常频繁，局部应⼒状态复杂，重级⼯作制⼚房吊车梁系统最易出现早期损坏。

吊连梁系统包括吊车梁、制动结构(包括辅助桁架)、吊车轨道以及连接构造等。 检查中⾸先注意吊车梁系统中各构件间的相互连接，因为这些连接直接影响吊车的正常⾏驶和吊车梁的⼯作状态。其次注意检查轨道与吊车梁的连接⽅式，连接不当会导致实腹梁上翼缘和腹板连接处开裂和破损、影响使⽤寿命，所以对轨道固定螺栓的松动、轨底与梁接触⾯的均匀程度、有⽆啃轨、车档是否齐全、轨道与吊车梁中⼼的偏⼼距，均需做必要的测绘和⽂字描述。

（5）⼚房柱在排架分析中是按荷载的最不利组合来决定柱的内⼒的，但这种荷载同时出现的概率甚少，所以⼚房柱的实际⼯作应⼒很低，强度储备较⼤，出现坍塌事故的可能性很⼩，但⼯业⼚房柱仍不对有损坏发⽣，这主要是个别结构柱节点构造处理不合理，或柱肢在⽣产中被重物撞坏，或柱脚锈蚀，或⾼温作⽤使柱肢变形、扭曲，还有不均匀下沉等。所以应检查柱截⾯在最⼤刚度平⾯内与平⾯外的弯曲偏斜；柱肢、缀材连接破坏情况；柱基下沉引起的倾斜和弯曲变形；柱⽀撑杆件、连接及柱脚与基础连接有⽆损坏等。

（6）腐蚀 应注意检查构件及连接处容易积灰、积⽔、漏⽔和⼲湿交替部位的腐蚀状况，必要时应查明锈坑和锈烂的程度，其中应特别重视承受冲击荷载的构件。3、 结构检测的⽅法1）钢结构中钢材强度的检测

钢材实际强度的检测主要有三种：其⼀为现场取样、送实验室做拉伸试验的⽅法；其⼆为表⾯硬度法，即直接测试钢材上的布⽒硬度，通过有关公式计算钢材实际强度；其三为化学分析法，即通过化学分析测量出钢材中有关元素的含量、然后代⼊有关公式可求出钢材实际强度。1． 拉伸试验⽅法

本⽅法的试验要求及过程与钢筋的拉伸试验相同。所不同的是试件取样及加⼯。（1）钢材试样分为⽐例的和⾮⽐例的两种。设0l 为试样标距，0F 为试样横截⾯⾯积。

则⽐例试样0065.5F l =时称短试样；003.11F l =时称长试样。⾮⽐例试样的实际标距长度与其原横截⾯间⽆⼀定的关系，⽽是根据制品（薄板、带、管、⼩截⾯型材、异型材等）的尺⼨和材质，给以规定的平⾏长度和标距长度。（2）试样平⾏长度20b l l +

=，其中0b 为试样标距部分的宽度。 （3）钢板试样的宽度0b ，根据制品厚度采⽤10mm 、15mm 、20mm 、和30mm 四种。钢板试样采⽤短、长⽐例两种。对厚度⼩于0.5mm 的薄板，亦可采⽤规定的宽度0b 及标距长度0l ，试样各部分尺⼨的允许偏差及侧⾯加⼯光洁度应符合表11.1的规定。

2．表⾯硬度法

钢材的强度与其布⽒硬度间存在如下关系：

低碳钢 δb ＝3．6HB (11—1a) ⾼碳钢 δb ＝3．4HB (11—1b) 调质合⾦钢 δb ＝3．25HB (11—1c)式中δB —钢材极限强度(N ／mm 2)；

HB —布⽒硬度、直接从钢材上测得。

当δb 确定以后，可根据同种材料的屈强⽐计算钢材的屈服强度或条件屈服强度， 最后给出检测结果时尚应考虑其保证率。3．化学分析法检测钢材强度

钢的各种化学成分含量直接影响到钢材的⼒学性能及焊接性能。化学分析⽅法主要是分析各种元素在钢材中的含量并根据钢材中各种化学成份粗略地估算碳素钢强度的⽅法，见式11—2。化学分析的试样为试屑，可采⽤刨取或钻取的⽅法，采取试屑以前应将表⾯氧化铁⽪清除掉。

δb ＝285⼗7·C ⼗0．06·Mn ⼗7．5·P ⼗2·Si (11—2)

式中C 、Mn 、P 、Si 分别表⽰钢材中的碳、锰、磷和硅等元素的含量，以0．01％为计量单位。（1）碳量的测定(⽓体容量法)

将试样置于⾼温炉中加热并通氧燃烧，使碳氧化成⼆氧化碳。混合⽓体经除硫后收集于量⽓管中。然后以氢氧化钾溶液吸收其中的⼆氧化碳，吸收前后体积之⽐即为⼆氧化碳体积，由此计算碳含量。具体的测定⽅法可见GB223.1—81《钢铁及合⾦中碳量的测定》。

（2）锰量的测定(亚砷酸钠⼀亚钠容量法)

试样经酸溶解，在硫酸磷酸介质中，以银为催化剂，⽤过硫酸铵将锰氧化成七价。⽤亚砷酸钠⼀亚钠标准溶液滴定。试液中含钴5mg 以上影响终点的观察时，可加⼊镊抵消钴离⼦⾊泽的影响。（3）磷量的测定

试样以氧化性酸溶解，在约2.2moL/L浓度下，加钼酸铵⽣成磷钼酸铵沉淀，过滤后，⽤过量的氢氧化钠标准溶液溶解，过剩的氢氧化钠⽤标准溶液返滴定。试液中存在⼩于100ug砷，500ug钽，1mg锆，钒或铌，10mg钛和20mg硅时不影响测定结果。超出上述限量、砷⽤盐酸、氢溴酸挥发除去；锆，铌和钽、钛、硅⽤氢氟酸掩蔽，钒⽤盐酸羟胺还原；钨在氨性溶液中，EDTA存在下⽤铍作载体分离除去。（4）硅的测定

试样经酸溶解，⽤⾼氯酸蒸发冒烟使硅酸脱⽔，过滤洗净后，灼烧成⼆氧化硅。⽤硫酸—氢氟酸处理，使硅⽣成四氟化硅挥发除去。由除硅前后的重量差计算硅的百分含量。（5）硫量的测定

将试样在饱和溴⽔中⽤盐酸⼀溶解，使⾼氯酸冒烟，然后过滤除去硅、钨、铌等，并通过活性氧化铝⾊层柱除去⼤部分⼲扰元素，再⽤稀氢氧化铵洗脱⾊层柱上的硫酸根，以硫酸钡重量法测定硫。2）钢结构裂缝及焊缝检测⼀．钢结构裂缝检测

钢结构的裂缝形成与钢结构的形式有关，因此，检测钢结构的裂缝时，⾸先要对被怀疑结构进⾏外观普查。在普查发现裂缝的基础上再进⾏具体检测。

1．在发现裂缝的钢板上划出⽅格⽹，⽤不⼩于10倍的放⼤镜逐格寻找裂缝，记录裂缝的位置。然后⽤刻度放⼤镜测定裂缝的宽度。

2．对重点受⼒部位⽤附有压⼒⽔探头的超声波探伤仪进⾏检测，以便检测钢结构内部是否存在细微裂缝。⼆．钢结构焊缝质量检测

焊缝的质量检测可分为普通检测和仪器检测两种。普通检测可初步确定焊缝基本情况；仪器检测则可对钢结构焊缝质量进⾏较精确的测量。1.普通检测（1）外观检测：

清除钢结构焊缝上的污垢，然后⽤10倍的放⼤镜检查焊缝的外观质量，观察并记录焊缝的咬边、焊缝表⾯的波纹、飞溅情况以及焊缝的弧坑、焊瘤、表⾯⽓孔、夹渣和裂纹情况等。（2）尺⼨检测：

⽤测量焊缝的样板或量规测量焊缝尺⼨，记录下测量结果。（3）钻孔检查：

通过外观检测和尺⼨检测，确定钢结构焊缝存在质量问题或有质量怀疑点后，可⽤钻机在焊缝上钻孔，边钻孔边观察焊缝内部是否存在⽓孔、夹渣、末焊透以及裂缝。⼀般钻头直径为Ф8～Ф12。钻孔深度根据焊接⽅式确定：对接焊缝钻孔深为焊件厚度的2／3；贴⾓焊缝钻孔深为焊件厚度的1倍～1.5倍。2．仪器检测

（1）超声波法检测焊缝质量：

采⽤⾦属超声波检测仪，其探头频率为1MHz～5MHz。仪器的要求及检测⽅法详见《钢制压⼒容器对接焊缝超声波探伤技术条件的规定》(机械⼯业部标准)。

焊缝质量的超声波法检测主要采⽤斜⾓探伤法，即利⽤沿倾斜于探伤⾯⼀定⾓度传播的超声波探伤的⽅法。为了能使⼊射波倾斜于探伤⾯，可采⽤斜探头。斜探头由合成树脂楔块及贴于其上的振⼦构成。振⼦产⽣的纵波通过楔块到达探伤⾯，折射后进⼊试件中变为横波。

斜⾓探伤⼜可分为单探头法和双探头法。（2）射线探伤法

射线探伤法是焊缝检测中最常⽤的⽅法，主要分x射线探伤法和r射线探伤法两种。，前者⽤于厚度不⼤于30mm的焊缝，后者⽤于厚度⼤于30mm的焊缝。焊缝质量射线探伤的⽅法及要求详见《射线探伤》(劳动⼈事出版社19)。4）鉴定评级

钢结构构件的可靠性鉴定评级包括承载能⼒(含构造和连接)、变形、偏差三个⼦项。这⾥承载能⼒是主要⼦项，根据其受作⽤的特征可以是强度、稳定性、疲劳，也可以是连接。⼀般是根据结构上的作⽤效应和抗⼒(材质参数、⼏何参数和结构理论模式)的关系进⾏验算分析从⽽评定其等级的。也可以直接进⾏荷载试验检验。对已建结构的试验检验，⼀般不能进⾏到破坏，所以看不出安全储备量。另外在试验⽅案、荷载作⽤模拟、结构的反应控制均应仔细拟定计划，并作好可能发⽣意外情况的防护和对策。1）承载能⼒

钢结构构件应进⾏承载能⼒(强度、稳定性、连接、疲劳等)的验算。构件承载能⼒(包括构造和连接)⼦项应按表11.2评定等级。

注：（1）所有构件或连接构造凡有裂缝或锐⾓切⼝者，应评为d级

（2）对焊接吊车梁、凡出现上翼缘连接焊缝处的疲劳开裂、或受拉区腹板在加劲肋端部处及受拉翼缘有横向焊缝处的疲劳开裂、或受拉翼缘焊有其它钢件者，应评为c级或d级。

在承载能⼒评定中钢结构材质检查是很重要的，构成钢结构的杆件、节点板、铆钉、螺栓、焊接材料等，⼀般从外观上很难分辨清楚，由于材质不同，其机械性能(强度、屈服强度、延伸率、冷弯性能、冲击韧性等)和化学成份(C、Si、Mn、P、S……)不同。对结构可靠性(安全性、耐久性)、以及施⼯中的可焊性、低温⼯作条件下的冷脆性等。其影响都是很⼤的，所以要求在结构验算时其材料的强度取值，当结构材料种类和性能符合原设计要求时，且原始资料充分可靠，应按原设计取值。不相符时，或材料已变质时，应采⽤实测试验数据，此时材料强度的标准值应按《建筑结构设计统⼀标准》(GBJ68—84)第4.0.4条规定确定。

钢结构设计规定，当构件表⾯温度超过150℃时，就要采取隔热措施，当构件温度⼤于或等于200℃时，就要按构件所处⼯作温度条件⽤试验⽅法确定材料的物理⼒学指标。2）变形

结构构件在设计荷载作⽤下的变形值的，主要是从为了满⾜使⽤功能的要求，包括：(1)⽤户的安全感和美观；(2)不损坏⾮结构构件；(3)不超过结构能承受的变形；(4)不使⽤途失效；

(5)不得有过度的振动和摇晃。

钢结构构件变形按表11.3评定等级标准。

注：表中L为受弯构件的跨度；H T为柱脚底⾯到吊车梁或吊车桁架上顶⾯的⾼度。吊车柱变位是指最⼤⼀台吊车在⽔平荷载作⽤下的⽔平变位值。

鉴定采⽤《钢结构设计规范》(GBJl7—88)对受弯构件的挠度限值作为评定a级的标准，并与前苏联、⽇本、英国的规范作了⽐较，我国与前苏联⽐较接近。在已建结构鉴定中，在不影响其使⽤功能与承载能⼒情况下，挠度限值可以适当放宽，所以在变形分级中，对B 级以下分级不明确规定限值，由鉴定者按实际情况确定。

吊车梁因承受动荷载，可能产⽣很⼤的变形和应⼒，故对吊车梁最⼤挠度限值要严格控制，不可和⼀般梁等同。控制⼚房柱在吊车梁顶⾯处的横向变位，是为了保证⼚房刚度，吊车能正常使⽤以及提⾼⼚房结构的寿命等。

3）偏差

在安装和使⽤过程中引起的构件偏差⼦项宜按下列标准评定等级：

（1）天窗架、屋架和托架的不垂直度(即在跨中顶点对两端⽀座中⼼垂直⾯的偏差)： a级：不⼤于天窗架、屋架和托架⾼度的L／250，且不⼤于15mm；

b级：构件的不垂直度略⼤于a级，且沿⼚房纵向有⾜够的垂直⽀撑已保证这种偏差不再发展；c级或d级：构件的不垂直度⼤于a级，且有发展的可能时可根据情况定为c级或d级。（2）受压杆件对通过主受⼒平⾯的弯曲⽮⾼：

a级：不⼤于杆件⾃由长度的L／1000，且不⼤于10mm；b级：不⼤于杆件⾃由长度的L／660；

c级或d级：⼤于杆件⾃由长度的L／660，可根据具体情况定为b级或d级。（3）实腹梁的侧弯⽮⾼：a级：不⼤于构件跨度的L／660；

b级：略⼤于构件跨度的L／660；且不可能发展时；

c级或d级：⼤于构件跨度的L／660，可根据具体情况定为c级或d级.（4）吊车轨道中⼼对吊车轴线的偏差e：a级：e≤10mm；b级：e≤20mm；

c级或d级；e＞20mm，吊车梁上翼缘与轨底接触⾯不平直，有啃轨现象。注：评定构件偏差时，应注意到柱基下沉引起柱⼦的倾斜和弯曲变形影响。

构件在安装和使⽤过程中造成的偏差也是⼀种损坏。钢结构对尺⼨偏差效应是⾮常敏感的，例如某⼀芬克式钢屋架上弦平⾯外⽀点间距为2⽶，当中点旁弯f＝10mm时，承载⼒N0＝500kN，当f＝20mm时，承载⼒降⾄N1=330kN，N1／No=0.66；当f=40mm时，N2＝170kN，N2／No＝0.34。由于这种偏差使承载能⼒下降⾮常快，故针对不同构件提出了相应的限值规定。安装和使⽤中的偏差损坏主要指杆件弯曲、侧弯、截⾯翼缘局部压弯、节点板弯折、构件不垂直等。在房屋结构中以⼚房屋盖构件问题较多，危害性也⼤，本条主要针对屋盖、柱、主要⼤梁等构件的偏差损坏作出评定，且以《钢结构⼯程施⼯及验收规范》(GBJ205—83)的规定值作为a级评定标准。

在现⾏验收规范中钢梁侧弯没有规定。具体限值规定引⽤了“欧洲共同体”CEC规定偏差不⼤于0.0015L(即L／666)作为评定a级标准。

吊车轨道的偏⼼是难以避免的，另外吊车梁与轨道接触⾯是否平直对吊车梁的疲劳影响不可低估。

钢结构和构件的项⽬评定等级分为A、B、C、D四级，按承载能⼒(包括构造和连接)、变形、偏差三个⼦项评定等级，并以承载能⼒(包括构造和连接)为主确定该项⽬的评定等级：（1）当变形、偏差⽐承载能⼒(包括构造和连接)相差不⼤于⼀级时，以承载能⼒

(包括构造和连接)的等级作为该项⽬的评定等级；

（2）当变形，偏差⽐承载能⼒(包括构造和连接)低⼆级时，按承载能⼒(包括构造和连接)的等级降低⼀级作为该项⽬的评定等级；

（3）遇到其他情况时，可根据上述原则综合判断、评定等级。