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:TU.3+2;TG.5文献标志码:A文章编号:-()04--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/T.2—《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/T.2—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/T.2—的8.1.1条要求热轧带肋钢筋的拉伸试验方法按GB/T—《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.1-《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HRBE钢筋试样,每个试样长度为mm,试验时平行长度大于mm,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20mm。平行长度内标记范围总长为mm,原始标距为mm,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mm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/T.1—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,,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,,9(5):50-51.
文章来源材料与测试网期刊论文理化检验－物理分册58卷4期(pp:16-18)