山东交通学院：港口工程专业《水工钢结构》课程实验指导书

水工钢结构实验指导书

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目录实验一高强材料性能实验.1实验二焊接实验

目 录 实验一 高强材料性能实验. 1 实验二 焊接实验. 6

水工钢结构实验指导书实验一高强材料性能实验本实验包括高性能钢材的拉伸性能和高性能钢材的弯曲（冷弯）性能两个实验。一、实验目的1.高性能钢材的拉伸性能实验本实验是“水工钢结构”专业课程的教学实验，是结合“钢结构材料”这一章节的教学内容。通过实验使学生万能试验机进行材料力学实验的基本操作步骤，掌握测定钢筋屈服强度、抗拉强度、伸长率三个力学指标的方法，会分析碳素钢和低合金钢的力学性能的异同，了解钢结构钢材的主要机械性能指标。2.高性能钢材的弯曲（冷弯）性能实验本实验是“水工钢结构”专业课程的教学实验，是结合“钢结构材料”这一章节的教学内容。通过实验使学生压力机和万能试验机进行材料力学实验的基本操作步骤，掌握钢筋弯曲（冷弯）性能的测试方法和钢筋质量的评定方法，了解钢结构钢材的主要机械性能指标。二、实验内容与要求1.拉伸性能实验：本实验由指导教师给定实验目的要求和实验条件，利用万能试验机，测定Q235钢、Q345钢的屈服强度、抗拉强度、伸长率三个指标，作为评定钢筋强度等级的主要技术依据。掌握《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228-2002）和钢筋强度等级的评定方法。2.弯曲（冷弯）性能实验：本实验由指导教师给定实验目的要求和实验条件，利用万能试验机、压力机，通过检验Q235钢、Q345钢的工艺性能评定钢筋的质量。掌握GB/T232—1999钢筋弯曲（冷弯）性能的测试方法和钢筋质量的评定方法，正确使用仪器设备。三、实验仪器设备1.拉伸性能实验：（1）万能试验机1

水工钢结构实验指导书 1 实验一 高强材料性能实验 本实验包括高性能钢材的拉伸性能和高性能钢材的弯曲（冷弯）性能两个实 验。 一、实验目的 1. 高性能钢材的拉伸性能实验 本实验是“水工钢结构”专业课程的教学实验，是结合“钢结构材料”这一 章节的教学内容。通过实验使学生万能试验机进行材料力学实验的基本操作步 骤，掌握测定钢筋屈服强度、抗拉强度、伸长率三个力学指标的方法，会分析碳 素钢和低合金钢的力学性能的异同，了解钢结构钢材的主要机械性能指标。 2. 高性能钢材的弯曲（冷弯）性能实验 本实验是“水工钢结构”专业课程的教学实验，是结合“钢结构材料”这一 章节的教学内容。通过实验使学生压力机和万能试验机进行材料力学实验的基本 操作步骤，掌握钢筋弯曲（冷弯）性能的测试方法和钢筋质量的评定方法，了解 钢结构钢材的主要机械性能指标。 二、实验内容与要求 1. 拉伸性能实验： 本实验由指导教师给定实验目的要求和实验条件，利用万能试验机，测定 Q235 钢、Q345 钢的屈服强度、抗拉强度、伸长率三个指标，作为评定钢筋强度 等级的主要技术依据。掌握《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228-2002） 和钢筋强度等级的评定方法。 2. 弯曲（冷弯）性能实验： 本实验由指导教师给定实验目的要求和实验条件，利用万能试验机、压力机， 通过检验 Q235 钢、Q345 钢的工艺性能评定钢筋的质量。掌握 GB/T232—1999 钢筋弯曲（冷弯）性能的测试方法和钢筋质量的评定方法，正确使用仪器设备。 三、实验仪器设备 1. 拉伸性能实验： （1）万能试验机

水工钢结构实验指导书（2）钢板尺、游标卡尺、千分尺、两脚爪规等。2.弯曲（冷弯）性能实验：万能试验机、压力机。四、试件制备1.拉伸性能实验：（1）抗拉试验用钢筋试件一般不经过车削加工，可以用两个或一系列等分小冲点或细划线标出原始标距（标记不应影响试样断裂）。（2）试件原始尺寸的测定1）测量标距长度l。，精确到0.1mm。2）圆形试件横断面直径应在标距的两端及中间处两个相互垂直的方向上各测一次，取其算术平均值，选用三处测得的横截面积中最小值，横截面积按下式计算：1-nd?Ao =A式中A一一试件的横截面积（mm2）；d一圆形试件原始横断面直径（mm）。2.弯曲（冷弯）性能实验：（1）试件的弯曲外表面不得有划痕。（2）试样加工时，应去除剪切或火焰切割等形成的影响区域。（3）当钢筋直径小于35mm时，不需加工，直接试验；若试验机能量允许时，直径不大于50mm的试件亦可用全截面的试件进行试验。（4）当钢筋直径大于35mm时，应加工成直径25mm的试件。加工时应保留一侧原表面，弯曲试验时，原表面应位于弯曲的外侧。（5）弯曲试件长度根据试件直径和弯曲试验装置而定，通常按下式确定试件长度：I=5d +150五、试验步骤1.拉伸性能实验：（1）屈服强度与抗拉强度的测定2

水工钢结构实验指导书 2 （2）钢板尺、游标卡尺、千分尺、两脚爪规等。 2. 弯曲（冷弯）性能实验： 万能试验机、压力机。 四、试件制备 1. 拉伸性能实验： （1）抗拉试验用钢筋试件一般不经过车削加工，可以用两个或一系列等分 小冲点或细划线标出原始标距（标记不应影响试样断裂）。 （2）试件原始尺寸的测定 1）测量标距长度 0 l ，精确到 0.1mm。 2）圆形试件横断面直径应在标距的两端及中间处两个相互垂直的方向上各 测一次，取其算术平均值，选用三处测得的横截面积中最小值，横截面积按下式 计算： 2 0 0 4 1 A  d 式中 A0——试件的横截面积（ 2 mm ）； d0——圆形试件原始横断面直径（mm）。 2. 弯曲（冷弯）性能实验： （1）试件的弯曲外表面不得有划痕。 （2）试样加工时，应去除剪切或火焰切割等形成的影响区域。 （3）当钢筋直径小于 35mm 时，不需加工，直接试验；若试验机能量允许 时，直径不大于 50mm 的试件亦可用全截面的试件进行试验。 （4）当钢筋直径大于 35mm 时，应加工成直径 25mm 的试件。加工时应保 留一侧原表面，弯曲试验时，原表面应位于弯曲的外侧。 （5）弯曲试件长度根据试件直径和弯曲试验装置而定，通常按下式确定试 件长度： l  5d 150 五、试验步骤 1. 拉伸性能实验： （1）屈服强度与抗拉强度的测定

水工钢结构实验指导书1）调整试验机测力度盘的指针，使对准零点，并拔动副指针，使与主指针重叠。2）将试件固定在试验机夹头内，开动试验机进行拉伸。拉伸速度为：屈服前，应力增加速度每秒钟为10Mpa；屈服后，试验机活动夹头在荷载下的移动速度为不大于0.5L。/min（不经车削试件L。=l。+2h）。3）拉伸中，测力度盘的指针停止转动时的恒定荷载，或不计初始瞬时效应时的最小荷载，即为求的屈服点荷载P,。4）向试件连续施荷直至拉断由测力度盘读出最大荷载，即为求的抗拉极限荷载P。（2）伸长率的测定1）将已拉断试件的两端在断裂处对齐，尽量使其轴线位于一条直线上。如拉断处由于各种原因形成缝隙，则此缝隙应计入试件拉断后的标距部分长度内。2）如拉断处到临近标距端点的距离大于1.时，可用卡尺直接量出已被拉长的标距长度l（mm）。3）如拉断处到临近标距端点的距离小于或等于l。时，可按下述移位法计算标距l（mm）。4）如试件在标距端点上或标距处断裂，则试验结果无效，应重新试验。2.高性能钢材的弯曲（冷弯）性能实验（1）半导向弯曲（2）导向弯曲六、试验结果处理1.拉伸性能实验：（1）屈服强度按下式计算：P9=Ao式中α屈服强度（Mpa）；P—屈服时的荷载（N）；3

水工钢结构实验指导书 3 1）调整试验机测力度盘的指针，使对准零点，并拔动副指针，使与主指针 重叠。 2）将试件固定在试验机夹头内，开动试验机进行拉伸。拉伸速度为：屈服 前，应力增加速度每秒钟为 10Mpa；屈服后，试验机活动夹头在荷载下的移动速 度为不大于 0.5Lc /min （不经车削试件 0 2h1 L l c   ）。 3）拉伸中，测力度盘的指针停止转动时的恒定荷载，或不计初始瞬时效应 时的最小荷载，即为求的屈服点荷载 Ps。 4）向试件连续施荷直至拉断由测力度盘读出最大荷载，即为求的抗拉极限 荷载 Pb 。 （2）伸长率的测定 1）将已拉断试件的两端在断裂处对齐，尽量使其轴线位于一条直线上。如 拉断处由于各种原因形成缝隙，则此缝隙应计入试件拉断后的标距部分长度内。 2）如拉断处到临近标距端点的距离大于 0 3 1 l 时，可用卡尺直接量出已被拉 长的标距长度 1 l （mm）。 3）如拉断处到临近标距端点的距离小于或等于 0 3 1 l 时，可按下述移位法计 算标距 1 l （mm）。 4）如试件在标距端点上或标距处断裂，则试验结果无效，应重新试验。 2. 高性能钢材的弯曲（冷弯）性能实验 （1）半导向弯曲 （2）导向弯曲 六、试验结果处理 1. 拉伸性能实验： （1）屈服强度按下式计算： A0 Ps  s  式中  s ——屈服强度（Mpa）； Ps——屈服时的荷载（N）；

水工钢结构实验指导书一试件原横截面面积（mm）。Ao-（2）抗拉强度按下式计算：P,a=A式中一抗拉强度（Mpa）；P—最大荷载（N）；一试件原横截面面积（mm2）。A（3）伸长率按下式计算（精确至1%）0(6.) =4二4 ×100% lo式中88)——分别表示l。=10d。和l。=5d.时的伸长率；l。一原始标距长度10d。（或5d。）（mm）；l一一试件拉断后直接量出或按移位法确定的标距部分长度（mm）（测量精确至0.1mm）。（4）当试验结果有一项不合格时，应另取双倍数量的试样重做试验，如仍有不合格项目，则该批钢材判为拉伸性能不合格。试验记录及试验结果钢号横截面面屈服荷最大荷原始标距伸长率标距长度屈服强度抗拉强度积(mm)载(N)长度(mm)载(N)(mm)(Mpa)(Mpa)Q235钢Q345钢2.高性能钢材的弯曲（冷弯）性能实验按以下五种试验结果评定方法进行，若无裂纹、裂缝或裂断，则评定试件合格。（1）完好试件弯曲处的外表面金属基本上无肉眼可见因弯曲变形产生的

水工钢结构实验指导书 4 A0——试件原横截面面积（ 2 mm ）。 （2）抗拉强度按下式计算： A0 Pb  b  式中  b ——抗拉强度（Mpa）； Pb ——最大荷载（N）； A0——试件原横截面面积（ 2 mm ）。 （3）伸长率按下式计算（精确至 1%） ( ) 100% 0 1 0 10 5    l l l   式中 ( )  10  5 ——分别表示 0 10d0 l  和 0 5d0 l  时的伸长率； 0 l ——原始标距长度 10d0 （或 5d0 ）（mm）； 1 l ——试件拉断后直接量出或按移位法确定的标距部分长度（mm） （测量精确至 0.1mm）。 （4）当试验结果有一项不合格时，应另取双倍数量的试样重做试验，如仍 有不合格项目，则该批钢材判为拉伸性能不合格。 试验记录及试验结果 钢号 横截面面 积（mm） 屈服荷 载（N） 最大荷 载（N） 原始标距 长度(mm) 标距长度 （mm） 屈服强度 （Mpa） 抗拉强度 （Mpa） 伸长率 Q235 钢 Q345 钢 2. 高性能钢材的弯曲（冷弯）性能实验 按以下五种试验结果评定方法进行，若无裂纹、裂缝或裂断，则评定试件合 格。 （1）完好 试件弯曲处的外表面金属基本上无肉眼可见因弯曲变形产生的

水工钢结构实验指导书缺陷时，称为完好。（2）微裂纹试件弯曲外表面金属基本上出现细小裂纹，其长度不大于2mm，宽度不大于0.2mm时，称为微裂纹。（3）裂纹试件弯曲外表面金属基本上出现裂纹，其长度大于2mm，而小于或等于5mm，宽度大于0.2mm，而小于或等于0.5mm时，称为裂纹。（4）裂缝试件弯曲外表面金属基本上出现明显开裂，其长度大于5mm，宽度大于0.5mm时，称为裂缝。（5）裂断试件弯曲外表面出现沿宽度贯穿的开裂，其深度超过试件厚度的1/3时，称为裂断。注：在微裂纹、裂纹、裂缝中规定的长度和宽度，只要有一项达到某规定范围，即应按该级评定。试验记录及试验结果钢号第一组第二组第三组总评Q235钢Q345钢七、实验报告要求1.拉伸性能实验：实验目的与要求，实验过程描述，主要实验数据，根据实测结果对0235钢、Q345钢的屈服指标、抗拉强度、伸长率进行分析与描述，并对钢材的力学性能进行综合评价。每人独立写实验报告一份，实验后一周内完成并提交实验报告。2.高性能钢材的弯曲（冷弯）性能实验实验目的与要求，实验过程描述，主要实验数据，根据实测结果对Q235钢、Q345钢的冷弯性能进行分析与描述，并对钢材的质量进行综合评价。每人独立写实验报告一份，实验后一周内完成并提交实验报告。八、思考题：请描述什么是钢材的拉伸性能和高性能钢材的弯曲（冷弯）性能？5

水工钢结构实验指导书 5 缺陷时，称为完好。 （2）微裂纹 试件弯曲外表面金属基本上出现细小裂纹，其长度不大于 2mm，宽度不大于 0.2mm 时，称为微裂纹。 （3）裂纹 试件弯曲外表面金属基本上出现裂纹，其长度大于 2mm，而小 于或等于 5mm，宽度大于 0.2mm，而小于或等于 0.5mm 时，称为裂纹。 （4）裂缝 试件弯曲外表面金属基本上出现明显开裂，其长度大于 5 ㎜， 宽度大于 0 .5 ㎜时，称为裂缝。 （5）裂断 试件弯曲外表面出现沿宽度贯穿的开裂，其深度超过试件厚度 的 1/3 时，称为裂断。 注：在微裂纹、裂纹、裂缝中规定的长度和宽度，只要有一项达到某规定范 围，即应按该级评定。 试验记录及试验结果 钢号 第一组 第二组 第三组 总评 Q235 钢 Q345 钢 七、实验报告要求 1. 拉伸性能实验： 实验目的与要求，实验过程描述，主要实验数据，根据实测结果对 Q235 钢、 Q345 钢的屈服指标、抗拉强度、伸长率进行分析与描述，并对钢材的力学性能 进行综合评价。每人独立写实验报告一份，实验后一周内完成并提交实验报告。 2. 高性能钢材的弯曲（冷弯）性能实验 实验目的与要求，实验过程描述，主要实验数据，根据实测结果对 Q235 钢、Q345 钢 的冷弯性能进行分析与描述，并对钢材的质量进行综合评价。每人独立写实验报告一份，实 验后一周内完成并提交实验报告。 八、思考题： 请描述什么是钢材的拉伸性能和高性能钢材的弯曲（冷弯）性能？

水工钢结构实验指导书实验二焊接实验一、实验目的通过本次钢板焊接工艺性试验，确定钢板氩弧焊的各项参数，确保钢板焊接质量。二、实验设备1、主要设备（1）氩弧焊机ZX7400两台；(2）直流焊机ZX315一台。2、材料准备钢板焊接施材为压力钢板板材，材质0235C，14×500x600mm的钢板6块。3、焊接材料的使用本实板接缝焊接材料采用氩弧J50焊丝：焊条采用THJ507焊条。三、实验原理采用氩弧焊打底，然后分层焊接。四、实验步骤1、焊接流程钢板就位→焊缝对接+固焊→打底焊—→分层焊接+合格后下道焊缝焊接+焊缝无损检查2、操作方法（1）准备工作检查电源、焊机、试焊钢板、焊条等设备材料准备齐全，具备施焊条件。（2）选择焊接参数本工程采用氩弧焊焊接。手工电弧焊焊接根据不同焊接位置，选择不同焊条直径、焊接电流进行焊接。见下表：p2.55.0焊条直径（mm）Φ3.2Φ4.0焊接电流（A)50-8090-130160-200200-2506

水工钢结构实验指导书 6 实验二 焊接实验 一、实验目的 通过本次钢板焊接工艺性试验，确定钢板氩弧焊的各项参数，确保钢板焊接 质量。 二、实验设备 1、主要设备 (1) 氩弧焊机 ZX7400 两台； (2) 直流焊机 ZX315 一台。 2、材料准备 钢板焊接施材为压力钢板板材，材质 Q235C，14×500×600mm 的钢板 6 块。 3、焊接材料的使用 本实板接缝焊接材料采用氩弧 J50 焊丝；焊条采用 THJ507 焊条。 三、实验原理 采用氩弧焊打底，然后分层焊接。 四、实验步骤 1、焊接流程 2、操作方法 （1）准备工作 检查电源、焊机、试焊钢板、焊条等设备材料准备齐全，具备施焊条件。 （2）选择焊接参数 本工程采用氩弧焊焊接。手工电弧焊焊接根据不同焊接位置，选择不同焊条 直径、焊接电流进行焊接。见下表： 焊条直径（mm） φ2.5 φ3.2 φ4.0 φ5.0 焊接电流（A） 50-80 90-130 160-200 200-250

水工钢结构实验指导书坡口底层打底焊采用o3.2mm的焊条施焊，根据不同板厚，选择不同的焊接电流与电弧、电压，焊接参数参考如下表：焊丝直径焊接电流焊接速度板厚（mm）焊接顺序电弧电压(V)(mm)(A)(M/N)正350-42028~32288.0Φ3.0反32 400-45030~34正03.0380-42028~322810反32Φ4.0450-50030~34正450-48032~341232 Φ4.0反500-50034~36正600-65036~3814Φ5.032反700-75038~42正650-68036~38163205.0反700-75038~42正650-68036~381832 Φ5.0反700-75038~42正700-75036~382032Φ5.0反750-80040~43（3）施焊操作钢板焊接采用氩弧焊打底，然后分层焊接。引弧设在形成坡口的部位，防止烧伤主板。焊接地线与钢板接触紧密。先将钢板间用两点定位焊固定，位于两端，长度为15mm，对口间隙留2~3mm，做到两面齐平，焊前仔细检查点固焊不存在裂纹等缺陷。施焊先在钢板坡口开始打弧，然后分层焊接，收弧时弧坑已填满，并向坡口一侧拉出灭弧。焊完一层之后，将焊渣清除干净后，再焊第二层。依次对6块钢板进行焊接。五、实验数据记录无。六、注意事项1、焊机必须接地良好，不准在露天雨水的不良环境下工作。2、焊接施工场地不能使用易燃材料搭设，现场高空作业必须佩戴安全带，焊工操作要佩戴防护用品。7

水工钢结构实验指导书 7 坡口底层打底焊采用 φ3.2mm 的焊条施焊，根据不同板厚，选择不同的焊接 电流与电弧、电压，焊接参数参考如下表： 板厚（mm） 焊丝直径 （mm） 焊接顺序 焊接电流 （A） 电弧电压（V） 焊接速度 （M/N） 8.0 φ3.0 正 反 350-420 400-450 28～32 30～34 28 32 10 φ3.0 φ4.0 正 反 380-420 450-500 28～32 30～34 28 32 12 φ4.0 正 反 450-480 500-500 32～34 34～36 32 14 φ5.0 正 反 600-650 700-750 36～38 38～42 32 16 φ5.0 正 反 650-680 700-750 36～38 38～42 32 18 φ5.0 正 反 650-680 700-750 36～38 38～42 32 20 φ5.0 正 反 700-750 750-800 36～38 40～43 32 （3）施焊操作 钢板焊接采用氩弧焊打底，然后分层焊接。 引弧设在形成坡口的部位，防止烧伤主板。焊接地线与钢板接触紧密。 先将钢板间用两点定位焊固定，位于两端，长度为 15mm，对口间隙留 2～ 3mm，做到两面齐平，焊前仔细检查点固焊不存在裂纹等缺陷。 施焊先在钢板坡口开始打弧，然后分层焊接，收弧时弧坑已填满，并向坡口 一侧拉出灭弧。 焊完一层之后，将焊渣清除干净后，再焊第二层。 依次对 6 块钢板进行焊接。 五、实验数据记录 无。 六、注意事项 1、焊机必须接地良好，不准在露天雨水的不良环境下工作。 2、焊接施工场地不能使用易燃材料搭设，现场高空作业必须佩戴安全带，焊 工操作要佩戴防护用品

水工钢结构实验指导书3、产品保护(1）对已焊好的钢板加以保护措施，不沾油污。(2）注意在施工中拆乱的骨架要认真修复，保证钢板的位置正确(3）焊接后不得往焊完的接头浇水冷却，不得敲击钢板接头，不得在上面堆放重物，使钢板受压变形。七、思考题请列出钢结构的主要焊接方法有几种，各种方法的特点是什么？80

水工钢结构实验指导书 8 3、产品保护 (1) 对已焊好的钢板加以保护措施，不沾油污。 (2) 注意在施工中拆乱的骨架要认真修复，保证钢板的位置正确 (3) 焊接后不得往焊完的接头浇水冷却，不得敲击钢板接头，不得在上面堆 放重物，使钢板受压变形。 七、思考题 请列出钢结构的主要焊接方法有几种，各种方法的特点是什么？