钢结构实验报告

钢结构试验实验报告

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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2

0b 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。

钢板试样各部分尺寸允许偏差表11.1

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／mm2)；

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(亚砷酸钠一亚硝酸钠容量法)

试样经酸溶解，在硫酸磷酸介质中，以硝酸银为催化剂，用过硫酸铵将锰氧化成七价。用亚砷酸钠一亚硝酸钠标准溶液滴定。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硝酸浓度下，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，过剩的氢氧化钠用硝酸标准溶液返滴定。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硝酸溶解，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1989)。

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。

钢结构构件承载能力评定等级标准表11.2

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限制，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。