里氏硬度法在钢结构工程检测中的应用 贾 强 ，刘德稳 （１．中华女子学院，北京１００１０１ ２．西南林业大学交通机械与土木工程学院，云ｆ扣昆明６５０２２４） 【摘要】 介绍了里氏硬度法检测钢材强度的原理及其检测方法，并结合某钢结构工程伦测实例阐述 了该方法在实际中的应用。通过现场的检测，得出了采用里氏硬度法检测钢材的强度，检测结果的准确性会 受到诸多因素的影响，在今后的工程中需合理的应用。 【关键词】 里氏硬度法；抗拉强度；硬度检验 【中图分类号】ＴＵ５０２ ．４ 【文献标识码】Ｂ 随着建筑结构检测技术的发展，对钢材的力学性能进行 现场无损检测就显得越来越有必要，对于不能取样或不便取 样的构件更加适宜。 ｌ里氏硬度法 里氏硬度计是根据弹性冲击原理制成的，用于测定金属 材料的硬度。硬度计由冲击装置和显示装置两部分组成，其 特点是：硬度值由数字显示，体积小、重量轻，可以手握冲击 装置直接对被测材料和工件进行硬度检验，特别适用于不易 移动的大型工件和不易拆卸的大型部件及构件的硬度检验。 图１ ＴＨＩ６０里氏硬度计 用硬度计的冲击装置将冲击体（碳化钨或金刚石球头）从固 定位置释放，冲击在试样表面上，测量球头距试样表面１ ｎｌｍ 处的冲击速度与反弹速度，其里氏硬度值以球头反弹速度与 冲击速度之比来表示。计算公式如为： ＨＬ＝１０００ Ｘ Ｒ／ｖ Ａ 式中：舭为里氏硬度值，ＨＬ； 为球头的冲击速度，ｍ／ ｓ； 为球头的反弹速度，ｒｎ／ｓ。 里氏硬度计可配置６种不同的冲击头，Ｄ型冲击头为基 本型，适用于普通硬度测试场合，其余５种用于各种特殊场 合的硬度测试。对于不同的冲击头，里氏硬度计测量结果的 图２钢柱测试部位图 表示方法是不一样的。如采用Ｄ头测量，则结果应记为×× ＨＬＤ；如果是Ｃ头测量，则应为Ｘ Ｘ ＨＬＣ。 ２工程实例 某工程结构为２０世纪９０年代的钢结构，由于使用功能 要发生改变并且该结构没有相关的任何设计施工资料，因此 要对其进行必要的检测，其中对钢材的材料性能（即强度）， 采用了里氏硬度法检测，并在钢梁、柱边缘的位置取了少许 的钢材试样，进行必要的化学分析，以使钢材的强度检测更 加准确。本次检测钢材强度的里氏硬度计为：ＴＨＩ６０里氏硬 图３钢梁测试部位图 度计（图１）。并使用Ｄ型的冲击装置，选取了ＨＲＢ的硬度 接着在每一个打磨好的位置选取９个点，问距为４ ｍｒ【１． 制来读出结果。 用里氏硬度计的探头分别对这些选好的点垂直丁扣‘磨 弹 笔者对该工程选取了５根钢梁和５根钢柱，分别在要进 行测试的部位进行打磨、抛光，以去除钢材表面防火涂层及 ［定稿日期］２０１０—１１—０５ 防锈漆。因为钢材表面的涂层厚度是影响检测结果的一个 ［作者简介］贾强（１９８２～），男，助教，从事房屋维修与 因素。打磨位置如图２、图３所示。 管理研究。 ２ｌ４ 四川建筑第３１卷４期２０１ １．０８ 击，并记录下读数。表ｌ和表２为读数记录。 表１钢梁检测结果 ＨＲＢ —经过对两片试样进行化学成分的分析，依据ＧＢ／Ｔ ７００ ２００６（（碳素结构钢》标准，得出其化学成分符合Ｑ２３５要求 查阅有关Ｑ２３５钢材的力学性能，得到Ｑ２３５钢材的抗拉 强度为：３７５～５００ ＭＰａ。检测的结果钢梁抗拉强度值：４０２— ４１９ ＭＰａ，钢柱抗拉强度值：３７５—５００ ＭＰａ，显然可以看出工 （即：钢材强度为Ｑ２３５）。 平均值 粱号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｌ ６３．１ ７３．４ ６６．６ ７３．Ｏ ６３．Ｏ ７１．７ ６２．８ ７２．７ ６２．１ ６７．６ ２ ６２．５ ６１．３ ６９．４ ６４．１ ７Ｏ．３ ６１．５ ７４．１ ７４．５ ６１．４ ６６．６ ３ ６４．５ ６１．１ ６４．６ ６ｏ．２ ６９．６ ７５．Ｏ ７４．５ ７１．５ ７４．９ ６８．４ ４ ６７．０ ７２．０ ６８．０ ６３．０ ６５．１ ６３．５ ７Ｏ．７ ６５．２ ７１．１ ６７．３ 程结构中使用钢材目前的材料性能。 ３里氏硬度法的影响因素 影响里氏硬度计硬度测试结果的因素很多，其中主要有 ５ ６２．７ ７２．９ ６７．４ ７４．３ ６８．９ ７３．７ ７４．１ ７２．１ ６１．６ ６９．８ 经过计算５根钢梁检测结果平均值范围为：６６．６— 试件表面粗糙度、试样重量、试样厚度及表面硬化层厚度、测 试角度、冲击头类别、试样的应力状态等。因此在实际钢材 强度检测中需要考虑的因素很多。如钢材表面的粗糙度，相 关规范里讲到试件的试验面最好是平面，试验面应具有金属 光泽，不应有氧化皮及其他污物。钢材试件的厚度，对试件 ６９．８ＨＲＢＨＬＤ，然后对照黑金属硬度及强度换算表得抗拉强 度为：４０２～４１９ ＭＰａ。 表２钢柱检测结果 ＨＲＢ 梁号 １ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 平均值 ７２．５ ７２．６ 影响不是很敏感，对于薄管试件，试件的刚性降低，容易吸收 冲击能量产生塑性位置变化和振动，从而使得冲头回弹速度 ７８．Ｏ ６７．８ ７４．５ ７０．６ ７９．５ ６７．２ ６７．０ ７６．７ ７１．Ｏ ２ ７０．２ ７２．１ ６７．Ｏ ６８．１ ７８．１ ７４．８ ７５．２ ６９．５ ７８．１ 降低，造成测量值偏低。 ３ ７２．７ ６５．８ ７２．４ ６８．５ ６５．７ ６５．３ ７８．８ ７５．８ ６６．５ ７Ｏ．２ ４ ７１．８ ７４．６ ７０．０ ７２．６ ７２．３ ７４．２ ７８．８ ７５．５ ７９．１ ７４．３ ４结束语 里氏硬度法是一种钢结构钢材强度现场无损伤检测中 ５ ７４．２ ７２．９ ７２．１ ７６．５ ６５．２ ７０．２ ７２．３ ６９．２ ６６．９ ７１．１ 方便有效的方法。通过对弹击得出的硬度值在结合相应的 经过计算５根钢柱检测结果平均值范围为：７０．２～７４．３ ＨＲＢＨＬＤ，然后对照黑金属硬度及强度换算表得抗拉强度 为：４２２～４４９ ＭＰａ。 换算表，便可判断出钢材的强度。不过该方法的影响因素还 很多，本工程实例使用此方法得到比较理想的结果，但是读 数不是很稳定，如何有效的克服这些不利因素对检测结果的 影响，使结果理想可靠，还需进一步的研究。 参考文献 为了对该结果进行进一步的确认，选取一根钢柱和一根 钢梁，在其不重要的部位分别切割下两小片作为试样，进行 了金属材料的化学分析。本次实验采用了原子吸收分光光 度计、高频红外碳硫仪。表３为化学成分分析的结果。 表３金属化学成分分析表 ［１］ ＧＢ／Ｔ １１７２—１９９９黑色金属硬度及强度换算值［ｓ］ ［２］ ＧＢ／Ｔ １７３９４—１９９８金属里氏硬度试验方法［ｓ］ ［３］李耘．工程中钢结构检测的探讨［Ｊ］．建筑技术与应用，２００８ Ｐ Ｓ 样品名称 Ｃ Ｓｉ 化学成分（％ Ｍｎ （８） １ 柱 ２ 梁 ０．１ｌ Ｏ．１２ Ｏ．１７ ０．２３ ０．３６ ０．５Ｏ Ｏ．００５ ０．０ｏ６ ０．０１６ Ｏ．Ｏ４３ ［４］ 段向胜，彭立新，韩继云，等．钢结构钢材强度现场无损检测的 试验研究［Ｊ］．建筑钢结构进展，２００４，６（３） 标准值 ≤０．２２ ≤０．３５ ≤１．４０ ≤０．０４５ ≤０．０５０ （上接第２１３页） 产生后，针对裂纹产生的原因组织专家进 行了认真分析，明确了防止办法，加强了各工序之间的标准 控制，后续施工的Ｔ梁没有再发现裂纹，同时采用目前较先 进的裂纹处理方法对已有裂纹进行了处理，Ｔ梁质量得到了 保证。 参考文献 ［１］ 中交公路规划设计院．预应力混凝土梁桥裂缝成因分析研究 报告［Ｒ］．１９９８ ［２］ＪＴＪ０２３—８５公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 ［ｓ］ 四川建筑第３１卷４期２０１１．０８ ２１５