摘 要:采用引伸计和手动两种方法测量热轧带肋钢筋的最大力总延伸率,得出两种方法测得 数据的差异,并分析了差异产生的原因。结合热轧带肋钢筋和金属材料室温拉伸试验方法相关标 准的执行,提出了准确测量热轧带肋钢筋的最大力总延伸率的合理化建议。结果表明:在拉伸力最 大且同等变形条件下进行测量时,引伸计测量与手动方法测量的最大力总延伸率仅相差0.34%, 数值比较接近。
关键词:热轧带肋钢筋;最大力总延伸率;引伸计;手动测量
中图分类号:TU511.3+2;TG115.5 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)04-0016-03
钢筋混凝土结构在桥梁、海洋平台、房屋建筑等 现代工程建造中应用广泛。混凝土的抗压强度高, 但抗拉强度低,钢筋是钢筋混凝土建筑构件的骨架, 在混凝土中主要承受拉应力,具有非常高的抗拉强 度。钢筋和混凝土的线膨胀系数相似,均不会因为 环境因素而产生过大的应力;钢筋和混凝土之间具 有良好的黏结力,尤其变形钢筋的使用更提高了两 者的黏结力。
钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是关键建筑材料, 其对建筑安全、建筑的使用寿命、资源节约等具有重 大意义。为了保障建筑工程的质量,国际上制定了 一系列标准,对热轧带肋钢筋的材料性能检测也进 行了详细的定义和要求,涵盖了拉伸试验、弯曲试验 和反向弯曲试验及疲劳试验等。国内对热轧带肋钢 筋的生产、使用和质量检测一直有相关的控制标准: GB/T1499.2—2018《钢筋混凝土用钢 第2部分: 热轧带肋钢筋》规定了热轧带肋钢筋性能检测项目 和要求;由中国住房和城乡建设部发布的《混凝土结 构工程施工质量验收规范》第5.2.1条规定,应按国 内现行相关标准的规定,抽取钢筋试样进行力学性 能和质量偏差检验,检验结果必须符合有关标准的 规定。
目前,国内对热轧带肋钢筋的拉伸试验检测项目有:屈服强度、抗拉强度、断后延伸率和最大力总 延伸率等。断后延伸率仅反映钢筋局部的变形能 力,难以代表热轧带肋钢筋的真正变形能力。热轧 带肋钢筋的均匀变形对其使用性能有较大的影响, 最大力总延伸率能够真正反映热轧带肋钢筋的变形 能力[1]。最大力总延伸率就是将试样拉伸到最大力 时标距伸长量与原始标距的百分比,准确测量最大 力总延伸率十分重要。
GB/T1499.2—2018中规定延伸率的类型可以 在断后延伸率和最大力总延伸率中选定,但抗震的 热轧带肋钢筋的延伸率全部选用最大力总延伸率。 GB/T1499.2—2018的8.1.1条要求热轧带肋钢筋 的拉伸试验方法按 GB/T28900—2012 《钢筋混凝 土用钢材试验方法》执行,该标准提供了一种断后的 手动测量方法,同时也推荐 GB/T 228.1-2010《金 属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》中第18 章规定的引伸计检测方法。笔者对热轧带肋钢筋的 最大力总延伸率的两种测量方法进行了比较,提出 最大力总延伸率测量方法的建议。
1 检测方法
准备10个?22mm 的 HRB400E钢筋试样,每 个试 样 长 度 为 600 mm,试 验 时 平 行 长 度 大 于 350mm,无论试样断裂在任何位置,都可以满足距 断口至少50mm,距夹持端大于22mm 的要求。
使用激光打标机标记原始标距,为了减小标记 标距带来的误差,等分格标记间的距离为20 mm。 平行长度内标记范围总长为400 mm,原始标距为 100mm,测量每一组原始标距,结果如表1所示。
引伸计测量和手工测量时均采用100mm 的原 始标距,手动调整引伸计的标距,并与试样的一组标 距重合,以保证拉伸至最大力时引伸计的测量位置 与手工测量标距的标记位置一致。
拉伸至最大力时停止试验,取下试样。测量与 引伸计标距重合位置的最大力塑性延伸率,再加上 拉伸力卸载后的弹性变形,弹性变形计算方法如式 (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。
最大力点测量法与断后手动测量法得到的不同 试样的最大力总延伸率如表2所示。将试样重新加 载至试验机上,无需加载引伸计,并继续进行试验, 直至试样断裂。
取断裂后较长的一截试样,用手动方法测量最大 力 总 延 伸 率,测 量 所 有 满 足 距 离 断 口 大 于 50mm,距离夹持位置大于22mm 位置的结果(见 表2,断后手动测量法获得的最大力总延伸率的结 果1~4分别为离断口由近至远处的结果)。
采用全场应变测量系统检测拉伸至最大力后试样 继续变形的应变场图像,显示仅存在一处颈缩(见图1)。
采用引伸计测量最大力总延伸率时,确保最大 力取在拉伸曲线最大力平台的中间位置,避免因拉 伸曲线未经过光滑处理导致最大力位置取点偏左或 偏右,从而造成较大误差。未经过光滑处理最大力 处的应力-应变曲线如图2所示。
2 结果分析
(1)由表1得出的10个钢筋试样的标距极差 均小于0.2mm,标记误差小于0.3%,全部满足不大 于±1%的要求。采用激光打标机进行标距标记的 重复性较好,对断后多组最大力总延伸率数据的影 响较小。
(2)在最大力处停止试验,比较引伸计与手动 两种方法测量相同变形位置的最大力总延伸率。由 表2可以得出,最大力处用手动方法比用引伸计方 法测量获得数据的平均值偏低 0.34%。两种方法 的测量结果比较接近。
(3)试样断裂后,对引伸计与手动两种方法测量的最大力总延伸率进行分析。
由图1可知:拉断试样过程中的应变场图像仅 有一处颈缩位置,不存在双颈缩,所以断后手动测量 不存在双颈缩对最大力总延伸率测量结果的影响。
由图2可知:拉伸曲线未经过光滑处理,易造成 某一点的力值偏高,取点过程中,最大力不能取在平 台中间位置。热轧带肋钢筋一般拉伸曲线的最大力 平台长度为1~2mm,曲线波动使试验机选择最大 力时,可能取最大力平台的两端,而不在平台的中 间,造成引伸计延伸采集数据误差较大,影响最大力 总延伸率的测量。
由表2可知:试样断裂后,引伸计与手动两种方 法测量的最大力总延伸率相差较大,靠近断口处手 动方 法 比 引 伸 计 方 法 测 量 结 果 的 平 均 值 偏 大 3.0%,靠近夹持端手动方法比引伸计方法测量结果 的平均值偏大1.8%;测量位置对手动方法的影响 较大,断后手动法测量的最大力总延伸率离断口由 近至远依次递减。用体积不变原理进行分析,造成 两种测量方法比对结果偏大的原因主要是热轧带肋 钢筋拉 伸 至 最 大 力 后 直 至 断 裂 过 程 中 的 不 均 匀 变形[2]。
3 结论
(1)拉伸试验全自动检测是热轧带肋钢筋性能 检测的发展趋势,全自动检测需使用引伸计测量最 大力总伸长率。在拉伸至最大力时,且处于同等变 形条件下,引伸计方法与手动方法测量的最大力总 伸长率仅相差0.34%。引伸计的精度一般都可达 到0.5级以上,所以引伸计测量的最大力总伸长率 是可靠的。
(2)引伸计测量热轧带肋钢筋的最大力总伸长 率时,最大力的取点位置非常重要,如应力-应变曲 线未进行光滑处理,取点位置可能会偏左或者偏右, 影响伸长率的取值。使用引伸计测量热轧带肋钢筋 的最大力总伸长率时,建议对应力-应变曲线进行光 滑处理,光滑处理后的曲线应表征原始应力-应变曲 线的特征。
(3)手动方法测量位置对最大力总伸长率的检 测结果有很大影响,为保证试验结果的可靠性,建议 在满足测量条件下,靠近夹持端对最大力总伸长率 进行测量。
(4)热轧带肋钢筋的最大力总伸长率都有一定 的余量,具备条件的实验室可以采用 GB/T228.1— 2010中第18章规定的使用引伸计的检测方法测量 最大力总伸长率。如有争议,可采用手动方法。
参考文献:
[1] 方立新,薛建华,项钰,等.抗震钢筋力学特征值对抗 震结构的意义[J].浙江建筑,2018,35(9):28-30.
[2] 范玫光,陈巧飞,孙本荣,等.预应力混凝土用钢棒最 大力总伸长率的测试研究[J].科技创新导报,2012, 9(5):50-51.