摘 要:采用引伸计法与手工法对 HRB600级钢筋的最大力总延伸率进行测试,分析了两种不 同的测试方法对测试结果的影响,对手工法测试最大力总延伸率的不确定度进行了评定。结果表 明:手工法测试最大力总延伸率的结果大于引伸计法测试最大力总延伸率的结果;测试位置对手工 法的测试结果有较大的影响,随着与断口的距离逐渐增大,试样的最大力总延伸率逐渐变小;当区 间的置信概率为95%时,手工法测试最大力总延伸率的不确定度评定结果为4%。 

关键词:HRB600级钢筋;最大力总延伸率;引伸计法;手工法;不确定度 

中图分类号:TB31                       文献标志码:A                                     文章编号:1001-4012(2023)07-0019-03

最大力总延伸率是反映材料变形能力的重要参 数之一。GB/T1499.2—2018《钢筋混凝土用钢 第 2部分:热轧带肋钢筋》中规定:在测试钢筋的伸长 率时,可在断后伸长率和最大力总延伸率中任选其 一进行测试,当进行仲裁试验和测试部分牌号钢筋 时,应测试其最大力总延伸率。最大力总延伸率的 测试方法有两种,分别是 GB/T228.1—2021《金属 材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》规定的引 伸计法和 GB/T28900—2012《钢筋混凝土用钢材 试验方法》规定的手工法。笔者以 HRB600级钢筋 为例,采用上述两种方法测试钢筋的最大力总延伸 率。不考虑热轧带肋钢筋自身因素对测试结果的影 响,结合日常检测时的实际情况,对两种方法测试最大力总延伸率的结果进行分析,最后通过数学模型 推导计算,对手工法测试最大力总延伸率的不确定 度进行了评定。

1 试验材料与方法 

试验材料选用某厂生产的10支 HRB600级钢 筋,直径为25mm,试样长度为650mm。试验时, 试样的平行长度约为410mm,以使试样的断裂位 置满足标准要求(与断口的距离大于50mm,与夹 持端的距离大于25mm)。 

试验开始前,使用标距打点机在试样上标记原 始标距,标记间距为 10 mm。引伸计的标 距 为 100mm。试验时,将引伸计装夹在试样的中间位 置,过了最大力后,将引伸计卸下;随后试验机继续 加载,直至试样完全断裂。取其中较长一段试样,用 手工法测试其最大力总延伸率,测试时,原始标距为 100mm,计算方法如式(1)所示。

式中:Agt 为最大力总延伸率;Ag 为最大力塑性延 伸率;Rm 为抗拉强度。 

2 试验结果与分析 

表1为采用引伸计法和手工法测试最大力总延 伸率的结果,其中手工法获得的结果1~3分别为从 距离 断 口 50 mm 的 位 置 开 始,每 次 距 离 增 加 10mm的测试结果。由表1可知:采用引伸计法测 试最大力总延伸率的结果较为稳定,10支试样的极 差为0.8%,引伸计在试验时能够较好地跟踪试样 的变形情况;手工法测试最大力总延伸率的结果波 动较大,结果1~3的极差都大于1.0%;手工法测 试结果要大于引伸计法测试结果;采用手工法进行 测试,与断口的距离越小,最大力总延伸率的测试结 果越大[1]。 

3 不确定度评定 

为了解最大力总延伸率测试结果的影响因素, 以手工法的测试结果1为例,进行最大力总延伸率 的不确定度评定。由测试过程可知,断后标距的残 余伸长量ΔL 对测试结果的影响较大,即断后标距 的残余伸长量越大,得到的最大力总延伸率越大。 因此,手工法测试最大力总延伸率的不确定度评定 是以长度因素为基础,结合原始标距的标记、量具等 因素进行的一项综合评定。

3.1 测试不确定度来源分析 

环境温度、材料自身均匀性、试验人员等因素对 测试结果的影响较小,可以忽略不计[2-3]。结合手工 法的实际测试情况,将影响测试结果的不确定度来 源进行总结,结果如表2所示,其中 A 类指测试引 入的不确定度,B类指设备等其他因素引入的不确 定度。

3.2 建立数学模型 

手工法测试最大力总延伸率分为两个部分,一 部分是测得最大力塑性延伸率Ag,另一部分是计算 抗拉强度Rm 与2000的比值。最大力塑性延伸率 Ag 与断后标距的残余伸长量 ΔL、原始标距Lo 有 关,在评定测试不确定度时,手工法测试最大力总延 伸率的计算方法如式(2)所示。 

3.3 测试结果 

试样断裂后,在距离断口50 mm 的位置,以 100mm的标距长度进行测试,10支试样测试结果 如表 3 所 示,其 中 断 后 标 距 的 算 术 平 均 值 为 112.752mm,相对标准偏差为0.346%;最大力总延 伸率的算术平均值为 13.160,相 对 标 准 偏 差 为 3.086%。

3.4 相对标准不确定度评定 

采用手工法测试最大力总延伸率时,测试重复 性引入的标准不确定度分量为0.346%;根据标准 规定,试样上原始标距Lo 的标记应准确到±1%, 区间内服从均匀分布,则试样上标记原始标距引入 的标准不确定度分量为0.577%;断后标距的残余 伸长量ΔL 应准确到±0.25mm,10支试样平均断 后标距的残余伸长量为12.752mm,服从均匀分布, 则断后伸长测试引入的不确定度分量为1.1319%; 游标卡尺的允许公差为±0.02mm,服从均匀分布,10 支试样平均断后标距为112.752mm,则游标卡尺允 许公差引入的标准不确定度分量为0.0102%;按照 YB/T081—2013《冶金技术标准的数值修约与检测 数值的判定》对最大力总延伸率进行修约,修约间隔 为0.1%,服从均匀分布,则测试结果数据修约引入的 标准不确定度分量为0.2194%;经查阅记录,抗拉强 度的相对扩展不确定度评定结果为1.5%,因此抗拉 强度引入的标准不确定度分量为1.5%。

上述各不确定度互不相关,因此相对合成不确 定度为2.008%。取区间的置信概率为95%,可得 相对扩展不确定度为4%。 

4 综合分析 

采用引伸计法测试最大力总延伸率,可以较好 地排除外在因素对测试结果的影响。随着试验机技 术的进步,高精度引伸计的应用会越来越广泛。在拉伸力的作用下,试样会在最薄弱的地方发生断裂, 该处的变形程度最大。引伸计装夹在试样平行长度 的中间位置,当试样断裂部位没有在引伸计标距之 内时,最大力总延伸率的测试结果会偏小;当试样断 裂位置位于引伸计标距之内时,最大力总延伸率的 测试结果会偏大。 

标距打点机在试样上标记原始标距会引入一部 分误差,虽然原始标距的标记满足不大于±1%的要 求,但是在测试最大力总延伸率时却不能忽视该部 分误差。当断后标距处于临界值时,会影响对产品 力学性能的判定。试样平行长度内变形不均匀,当 标距刚好位于试样变形程度较小的区间时,最大力 总延伸率的测试结果偏小;当标距位于试样变形程 度较大的区间时,最大力总延伸率的测试结果偏大。 引伸计法是测试施加最大力时引伸计的伸长量,而 在手工法的测试过程中,试样存在局部缩颈变形断 裂阶段,使试样的变形得到完全释放。测试位置对 最大力总延伸率的测试结果会产生较大影响,在拉 伸力的作用下,试样断口处的变形程度最大,随着与 断口的距离逐渐增大,试样变形程度逐渐减小。

5 结论 

(1)对于最大力总延伸率测试,手工法的测试 结果大于引伸计法的测试结果,测试位置对手工法 的测试结果影响较大,随着与断口距离的逐渐增大, 测试结果逐渐变小。 

(2)采用手工法测试 HRB600级钢筋最大力总 延伸率的相对扩展不确定度为4%。在日常检测 中,应定期对试验设备进行期间核查和检定校准,使 设备保持良好状态,以确保测试结果准确、可靠。

参考文献: 

[1] 孙福猛,何荣福,孙泽敏.依据GB/T1499.2—2018标 准的最大力总延伸率验证试验[J].理化检验(物理分 册),2022,58(4):16-18. 

[2] 赵同新,崔会杰,孙友宝,等.低合金钢中低含量元素 的定量测试及不确定度评估[J].理化检验(物理分 册),2022,58(11):25-27. 

[3] 高怡斐,梁新帮.按照ISO6892-1:2019附录 G方法 评定弹性模量的测量不确定度[J].理化检验(物理分 册),2021,57(4):1-6.

<文章来源> 材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 59卷 > 7期 (pp:19-21)>