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钢 结 构 检测
实
验
指
导
书
宁波大学土木工程实验教学中心
2007 年9 月
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试验一：高强度螺栓扭矩系数检测试验
一、试验目的：
近年来钢结构高强度螺栓连接已广泛用于建筑钢结构、桥梁、大型起重机械等钢结构紧固件连接工程
中, 并基本取代了铆接和部分焊接的形式。影响高强度螺栓连接承载能力的最重要因素是其紧固轴力( 即
拧紧预拉力) 、扭矩系数以及连接摩擦面的抗滑移系数。
1、学习和掌握高强度螺栓扭矩系数的检测方法；
2、通过高强度螺栓性能的检测了解高强度螺栓的工作原理和工作状态。
二、试件、试验设备及仪器
1、M20，10.9S 高强度螺栓 10 套；
2、扭矩扳手；
3、高强度螺栓轴力测试仪；
三、试验方案：
采用轴力计或轴力传感器方法进行扭矩系数试验；
四、试验步骤：
将螺栓穿入轴力计，放入垫圈和旋入螺母，因夹具硬度与螺栓垫圈硬度相当，故螺栓头一侧垫圈可
不安装。注意螺母和垫圈的安装方向, 用精密扭力扳手对螺母均匀施加扭矩，在测出螺栓预拉力P 的同时，
测定施加于螺母的施拧扭矩值T，并按下式计算扭矩系数K 。
T
K
P?d
式中 T——施拧扭矩 （N ·m）;
d——高强度螺栓的公称直径 （mm）；
P——螺栓预拉力 （kN ）。
螺栓预拉力值应符合下表的规定’
螺栓预拉力值范围 （kN ）
螺栓规格 （mm） M16 M20 M22 M24 M27 M30
10.9S 93~113 142~177 175~215 206~250 265~324 325~390
预拉力值P
8.8S 62~78 100~120 125~150 140~170 185~225 230~275
试验中应注意以下问题：
⑴ 如发现共转情况( 长期使用会使夹具变得
光滑) , 因会使结果产生较大误差, 故应舍去此次数据,
更换连接副后重新进行试验。
⑵ 试验用扳手调零时应注意其自重所施加的扭矩, 水平放置后调零。
⑶ 测定扭矩值时扭矩扳手应匀速施加扭矩。
⑷ 安装连接副时, 螺栓应略为露出螺母, 但不得大于三扣; 若螺栓过长则可使用经热处理的规定硬
度的直套筒套在螺栓头一侧, 以调整其露扣长度。
⑸ GB50205- 2001 表B.0.4 中8.8S 级螺栓预拉力值取值的最大值小于GB 50017- 2003 的设计值, 建
议其 8.8S 级螺栓预拉力值范围应增大约 10%, 否则测得的扭矩系数并不能反映实际工作状况下的扭矩系
数。
五、试验结果的整理、分析和试验报告：
1、简述试验过程；
2、在试验报告中要求画出高强度螺栓简图，简图中标注尺寸。
3、对试验结果进行分析判断与判定。
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试验二：焊缝尺寸检测试验
一、试验目的：
通过学习和使用焊缝尺寸量规，掌握钢结构中焊缝尺寸的测量方法；
二、试件、试验设备及仪器：
1、200mm ×200mm 对接焊缝钢板；
2、焊缝量规。
三、试验方案：
使用焊缝量规对钢板的焊接母材的坡口角度、间隙、错位及焊缝高度、焊缝宽度和角焊缝高度进行
测量。
四、试验步骤：
1、焊缝量规的使用：
五、试验结果的整理、分析和试验报告：
做出 200mm ×200mm 对接焊缝钢板的焊缝的尺寸报告，要求在报告中画出钢板的示意图，并标注所
有应标注的尺寸。
试验三：焊缝内部缺陷检测试验
一、试验目的：
1、学习和掌握钢结构中焊缝缺陷的种类；
2、通过对焊缝质量的检测了解对焊缝质量的控制
二、试件、试验设备及仪器：
1、200mm ×200mm 对接焊缝钢板；
2、数字式超声波无损探伤仪。
三、试验方案：
使用数字式超声波无损探伤仪对焊缝进行缺陷探测和定位定量分析。
四、试验步骤：
⑴检测前的准备：
（A）探测面的修整：探测面上的焊接飞溅、氧化皮、锈蚀和油垢等应清除掉，探头移动区的深坑应
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补焊后用砂轮打磨。探测面的修整宽度B 应根据板厚t 和探头的斜率K 计算确定，一般不应小于2.5Kt。
（B）斜探头
入射点和斜率的测定：斜探头声束轴线与探头楔
块底面的交点称为斜探头的入射点，商品斜探头都在外壳侧面标志
入射点，由于制造偏差和磨损等原因，实际入射点往往与标志位置
存在偏差，因此需经常测定。其测定方法如下：用 CSK-ZB 或IIW
试块测定，将斜探头置于试块R100 圆心处，探测R100 圆弧，如图
所示。前后位移探头，使所获得的反射回波最高。此时探头壳侧面与 R100 圆心的刻度线所对应的点即为
入射点。
斜探头的标称 K 值为斜探头声束在钢中折射角的正切值。K
值与入射点等参数的准确性对缺陷定位精度影响很大，其标称值也
因制造、磨损等原因与实际值往往存在差异，因此需在使用前和使
用中经常测定。K 值的测定方法如下：
用CSK-ZB 或IIW 试块测定，将被测探头置于试块上，探头沿试块侧面前后移动，当对应于 Ф50 圆
弧面所获得最高反射回波时，斜探头的入射点所对应的试块上的角度刻度或K 值刻度指示即为该探头的折
射角或K 值 （见图）。
（C）仪器时间基线的调整：时间基线的调整包括零点校正和扫描速度调整。在横波检测时，为了定
位方便，需要将声波在斜楔块中的传播时间扣除，以便将探头的入射点作为声程计算的零点，扣除这段声
程的作业就是零点校正。扫描速度的调整则是与零点校正同时进行的，可使定位更为直接。
时间基线的调整方法有如下几种：
a、按声程调整。调整后荧光屏上的时间基线刻度与声程成正比，具体做法：
用斜探头在IIW 标准试块 （或CSK-ZB 试块）上调试，使横波斜探头的入射点标记同IIW 标准试块
上 R100 圆心 （试块上的 “0”点）重合。这时，由于R100 圆弧面的回波被R100 圆心处的反射槽反射，
在荧光屏上会出现 R100 圆弧面的多次回波。根据测量范围的要求，使某两个回波分别对准荧光屏上各自
的相应刻度，则荧光屏上多标尺零点即对应于探头入射点 （见图）。满刻度相当于声程250mm。
b、按水平距离调整。调整后荧光屏上的基线刻度与反射体的水平距离成正比。由于水平距离l 与声
程 s 的关系是： l s?sin ? (? arctgK)
故可利用CSK-ZB 试块上R100 和R50 两个圆弧面的反射进行调整，此时：
l 50 ?sin ? l 100?sin ?
1 2
将斜探头对准R50 和R100，调整仪器使其回波B1,B2 分别对准基线刻度 l ，l 即可。
1 2
c、按深
度调整。调整后荧光屏上的基线刻度与反射体的深度h 成正比。由于深度h 与声程s 的关系
是： h s?sin ? (? arctgK)
故可利用CSK-ZB 试块上R100 和R50 两个圆弧面的反射进行
调整，此时：
h 50 ?sin ? h 100?sin ?
1 2
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将斜探头对准R50 和R100，调整仪器使其回波B1,B2 分别对准基线刻度h ，h 即可。
1 2
d、距离—波幅 （DAC）曲线的绘制。由于相同大小的缺陷因声程不同，回波幅度也不相同。超声波
检测时要根据缺陷回波波幅高度判定缺陷是否有害，必须按不同声程的回波波幅进行修正。通常是用指定
的对比试块来制作距离—波幅 （DAC）曲线。
《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》（GB11345-89）中采用其附录 9 的对比试块 （3 ×40
横通孔试块）绘制 （DAC）曲线，其主要步骤如下：
①将测试范围调整到探伤使用的最大探测范围，并按深度、水平或声程调整时的基线扫描比例。
②依据工件厚度和曲率选择合适的对比试块，在试块上所有孔深小于等于探测深度的孔深中，选取
能产生最大反射波幅的横孔为第一基准孔。
③调节“增益”使该孔的反射波为荧光屏满幅高度的 80%，将其峰值标记在荧光屏前的辅助面板上。
依次探测其它横孔，并找到最大反射波高，分别将峰值点标记在辅助面板上；如果做分段绘制，可调节衰
减器分段绘制曲线。
④将各标记点连成圆滑曲线，并延伸到整个探测范围，该曲线即为 Ф3mm 横孔DAC 曲线基准线（如
右图）。
⑤依据下表规定的各线灵敏度，在基准线下分别绘出判废线、定量线、评定线，并标记波幅的分区
（如下图）。
⑥在作上述测试的同时 ，可对现场使用的便携式试块上的某一参考反射体作同样测量，并将其反射
波位置和峰值标记在曲线板上，以便现场进行灵敏度校验。
⑵检测作业：
超声波检验应在焊缝及探伤表面经外观检查合格后进行。检验前，应了解受检工件的材质、曲率、
锯齿形扫查 斜平行扫查
厚度、焊接方法、焊缝种类、坡口形式、焊缝余高及背面衬垫、沟槽等情况。
探伤灵敏度不应低于评定线灵敏度。当受检工件的表面耦合损失及材质衰减与试块不一致时，应考
虑探伤灵敏
度的补偿。
探伤扫查速度不应大于 150mm/s，相邻两次探头移动间隔要保证至少有 10%的探头宽度重叠。
为探测纵向缺陷，斜探头垂直于焊缝中心线放置在探伤面上，作锯齿形扫查 （见上图左）。探头前后
移动的范围应保证扫查到全部焊缝截面及热影响区。在保持探头垂直焊缝作前后移动的同时，还应作
10°~15°的左右转动。为探测焊缝及热影响区的横向缺陷，应进行斜平行扫查(见上图右)，可在焊缝两侧边
缘使探头与焊缝中心线成 10°~20°作斜平行扫查。
为确定缺陷的位置、方向、形状，观察缺陷动态波形或区分缺陷讯号与伪讯号，可采用前后、左右、
转角、环绕等四种探头基本扫查方式。通过左右扫查测定缺陷指示长度；通过前后扫查并结合左右扫查找
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出缺陷的最高回波；通过定点转动和环绕运动推断缺陷的形状和缺陷性质。
四种探头基本扫查方式
五、试验结果的整理、分析和试验报告：
利用DAC 曲线，判定缺陷的位置以及缺陷的大小尺寸。用草图描绘并标示该试件的缺陷位置以及大
小尺寸。草图中左下角为坐标原点，写出缺陷的位置坐标。
试验四、钢结构材料弯曲性能检测
一、试验目的：
钢结构材料的冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。依据 《金属材料弯曲试验方法》通
过实验了解钢结构材料的弯曲性能。
二、试件、试验设备及仪器
1、3 根试件，如右图；
2、万能压力试验机
三、试验方案：
使用标准的试件在弯曲试验机或者具备弯曲装置的万能试验机上进行试件的冷弯试验。
四、试验步骤：
一、量取试件的尺寸：量取时横截面的直径取上、中、下三个尺寸，转90o 后再量取上、中、下三个
尺寸，取六个值的平均值为试件的横截面尺寸。
二、试样支撑间距为l=(d+3a)±0.5a；
二、试验在弯曲试验机上进行，试验时，试样两臂轴线保持在垂直于弯曲轴的平面内，缓慢施加压力，
并保持压头压力方向不变。
五、试验结果的整理、分析和试验报告：
试样 尺寸 弯曲角度 弯曲最大荷载 （kN ）
编号 2
长(mm) 直径(mm) 横截面 （mm ）
1
2
3
对试验结果进行分析，画出试样试验前后的形状并并标注尺寸
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试验五、高强度螺连接副抗滑移系数检测试验
一、试验目的：
1、学习和掌握高强度螺栓性能的检测方法；
2、通过高强度螺栓性能的检测了解高强度螺栓的工作原理和工作状态。
二、试件、试验设备及仪器
1、高强度螺栓、双磨擦面的二拴拼接拉力试件；
2、扭矩扳手；
3、高强度螺栓轴力测试仪；
4、万能压力试验机
三、试验方案：
采用万能压力试验机方法进行抗滑移系数试验；
四、试验步骤：
抗滑移系数试验采用双磨擦面的二拴拼接拉力试件，
A、摩擦面的检查：
①如试件摩擦面有浮锈、油漆, 孔边有毛刺、飞边等, 均应设法清理;
②螺栓应处于孔的中心位置。
B、试件的组装：
①在设有冲子或临时螺栓的孔中穿入高强螺栓,用短把扳手适当拧紧, 再将冲子或临时螺栓用高强
螺栓取代；
②注意螺母、垫圈的正反方向；
③在试件的侧面画出观察滑移的直线。
C、滑移系数试验：
① 螺栓紧固时注意先拧中心两颗再拧外部的两颗, 以防止连接板翘曲不平对摩擦力的影响, 螺栓
紧固应分为初拧和终拧。
② 构件连接试件上螺栓的预拉力Pt 应准确控制在( 0.95～1.05) P( P 为高强度螺栓设计预拉力值)
内, 按GB 50017- 2003 取值, 如对于 10.9S 级M20 螺栓, 预拉力P=155kN; 对于8.8S 级M20 螺栓, 预拉
力P=125kN 。
③ 必须注意试件设计有效截面积应保证在达到设计抗滑移系数前试件不发生塑性变形, 即试件抗
拉极限拉力值大于试件的摩擦极限拉力值, 因此选择中间拉力板时必须计算其板厚( 板宽已在规范中给
出) , 以满足试件试验时在弹性范围内。
④ 若测得的抗滑移系数小于设计值, 构件摩擦面应重新处理后再进行试验。
⑤ 将组装好的试剑置于拉力试验机上，试件的轴线应与试验机夹具中心严格对中。
⑥ 加荷时，应先加 10%的抗滑移设计荷载值，停 1min 后，在平稳加荷，加荷速度为3~5kN/s。直
拉至滑动破坏，测得滑移荷载N 。
D、在试验中，当发生以下情况之一时，所对应的荷载可定为试件的滑移荷载：
① 试验机发生回针现象；
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② 试件侧面划线发生错位；
③ X-Y 纪录仪上变形曲线发生突变；
④ 试件突然发生 “嘣”的响声。
E、抗滑移系数的计算：
根据试验所测得的滑移荷载NV 和螺栓预拉力P 的实测值，按下式计算，宜取小数点二位有效数字。
N
v
? m
n ?f ?Pi
i 1
式中 N —由试验测得得滑移荷载 （kN ）；
v
n —摩擦面面数，取n =2；
f f
m
n ?f ?P—试件滑移一侧高强度螺栓预拉力实测值 （或同批螺栓连接副的预拉力平均值）i
i 1
之和 （取三位有效数字）（kN ）；
m—试件一侧螺栓数量，取m=2 。
五、试验结果的整理、分析和试验报告：
1、简述试验过程；
2、在试验报告中要求画出高强度螺栓简图，简图中标注尺寸。
3、对试验结果进行分析判断与判定。
试验六、焊缝外观质量检测
一、 试验目的：
通过试验了解焊缝的有关缺陷，并能够知道一、二、三级焊缝的外观质量标准
二、试件、试验设备及仪器
焊件、放大镜、焊缝量规和钢尺
三、试验方案：
外观质量标准：一级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤、咬边、未焊满、根部收缩
等缺陷；二级焊缝不得表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等，未焊满、根部收缩、咬边、接头不良等
缺陷不应超出规范要求；三级焊缝未焊满、根部收缩、咬边、弧坑裂纹电弧擦伤、接头不良、表面夹渣、
表面偏差气孔等缺陷不应超出规范要求偏差。
二级、三级焊缝外观质量允许偏差 （GB 50205）
允许偏差
缺陷类型
二级焊缝 三级焊缝
≤0.2+0.02t,且≤1mm ≤0.2+0.04t, 且≤2mm
未焊满
每 100mm 焊缝内缺陷总长≤25mm
根部收缩 ≤0.2+0.02t,且≤1mm,长度不限 ≤0.2+0.04t, 且≤2mm,长度不限
≤0.05t,且≤0.5mm；连续长度≤100m，且焊缝两侧
咬边 ≤0.1t,且≤1mm，长度不限
咬边总长≤10%焊缝全长
裂纹 不允许 允许存在长度≤5mm 的弧坑裂纹
电弧擦伤 不允许 允许存在个别的电弧擦伤
缺口深度≤0.05t，且≤0.5mm 缺口深度≤0.1t，且≤1mm
接头不良
每 1000mm 焊缝不得超过 1 处
每 50mm 焊缝长度内允许直径≤0.4t，且
表面气孔 不允许
≤3mm 的气孔2 个，孔距≥6 倍孔径
不允许 深≤0.2t，常≤0.5t，且≤20mm
注：表内t 为连接处较薄的板厚。
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四、试验步骤：、
焊缝外观缺陷通过观察检查或使用放大镜、焊缝量规和港池检查，当存在疑义时，采用渗透或磁粉
探伤检查。
五、试验结果的整理、分析和试验报告：
根据焊缝外观质量标准判断试验中的钢板焊缝所属级别，并在报告中罗列试样的缺陷。
试验七、构件几何尺寸检测
一、试验目的：
通过试验，了解钢结构中构件的几何尺寸检测方法。
二、试件、试验设备及仪器：
1、 型钢构件；
2、 钢尺、拉线、吊线以及塞尺
3、 超声波测厚仪
三、试验方案：
对于钢构件尺寸的检测，应检测构件的全部尺寸，每个尺寸在构件的 3 个部位量测，取3 尺测量值
的平均值作为该尺寸的代表值。
四、试验步骤：
1、 使用钢尺测量构件横截面的上、中、下3 个部位尺寸作为代表值；
2、 使用钢卷尺测量构件的长度，同样量测3 次作为长度方向的代表值；
3、 使用超声波测厚仪测量构件钢板的厚度，量测 3 次，取平均值为代表值。
五、试验结果的整理、分析和试验报告：
横截面 长度 厚度
1 1 1
2 2 2
3 3 3
平均值 平均值 平均值
试验八、防腐涂层附着力检测试验
一、试验目的：
1、刚才在环境介质 （如空气、水、酸、碱等）的化学作用或电作用下而发生的逐渐破坏现象，称为
锈蚀。锈蚀不仅会使构件
有效截面减小，降低承载力，还会形成不同程度的锈坑，导致应力即中，加速构
件的破坏，尤其是在冲击荷载或循环荷载作用下，容易发生脆性断裂。
2、学习和掌握钢结构防火涂装性能中厚度测定检测的方法进一
步了解钢结构防火涂装其他性能的检测。
二、试件、试验设备及仪器
1、马口铁板：50╳100╳0.2~0.3mm；
2、四倍放大镜；
3、漆刷：宽25~35mm。
三、试验方案：
利用测针测得防火涂层的厚度
四、试验步骤：
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测试漆膜附着力的方法是划格法，如上图。采用漆膜划格器在表面进行切割线划割后，用软刷轻扫
表面，除去松散粒子，然后用胶带粘住测试部位，用手指来回摩擦使之牢牢粘住，之后拉起。对照国标
GB 9286 中的表格，对其分类分级。
级别 描述
0 完全光滑，无任何方格分层
1 交叉处有小块的剥离，影响面积为5%
2 交叉点沿边缘剥落，影响面积为5%~15%
3 沿边缘整条剥落，和/或部分或全部不同的格子，影响面积为 15%~35%
4 沿边缘整条剥落，有些格子部分或全部剥落，影响面积为35%~65%
5 任何不同根据4 来进行分级的剥落级别
五、试验结果的整理、分析和试验报告：
简述试验过程。根据对试件的测试，写出完整的试件报告。报告内容包括试件的尺寸，形状以及经
过测试后得出的结论。
试验九、防火涂料涂层厚度检测试验
一、试验目的：
目前,以钢材为主要承重构件的工业及民用建筑逐渐增多。由于钢结构构件截面宽展、瘦长,钢材的导
热系数大(约为混凝土的40 倍) ,一旦发生火灾,当温度达到350℃、500℃、600℃时，钢材的强度分别下降
1/3、1/2、2/3。钢结构的承载能力降低,变形增大,在较短的时间(10 min～20 min) 内就能达到极限状态以致
发生破坏。因此,相对于钢筋混凝土结构而言,钢结构的防火是一个不可回避的安全问题。
1、钢结构涂装中必检项目有：耐火极限、粘结强度、抗压强度、干密度、热导率、抗振性、抗弯性、
耐水性、耐冻融性以及厚度测定；
2、学习和掌握钢结构防火涂装性能中厚度测定检测的方法进一步了解钢结构防火涂装其他性能的检
测。
二、试件、试验设备及仪器
1、长 1300mm，外径48mm，壁厚4mm，经过防锈处理的无缝钢
管；
2、测针 （厚度测量仪），由针杆和可滑动的圆盘组成，圆盘始终
保持与针杆垂
直，并在其上装有固定装置，圆盘直径不大于30mm，以
保证完全接触被测试件的表面。
三、试验方案：
利用测针测得防火涂层的厚度
四、试验步骤：
测度探针垂直插入防火涂层直至钢基材表面上，如图 11-2，在构
件长度内每隔 3m 取一截面上下左右四个点进行测量，记录标尺读数。
五、试验结果的整理、分析和试验报告：
简述试验过程。根据对试件的测试，写出完整的试件报告。报告内容包括试件的尺寸，形状以及经
过测试后得出的结论。