摘 要:采用引伸計(jì)和手動兩種方法測量熱軋帶肋鋼筋的最大力總延伸率,得出兩種方法測得 數(shù)據(jù)的差異,并分析了差異產(chǎn)生的原因。結(jié)合熱軋帶肋鋼筋和金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法相關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)的執(zhí)行,提出了準(zhǔn)確測量熱軋帶肋鋼筋的最大力總延伸率的合理化建議。結(jié)果表明:在拉伸力最 大且同等變形條件下進(jìn)行測量時,引伸計(jì)測量與手動方法測量的最大力總延伸率僅相差0.34%, 數(shù)值比較接近。
關(guān)鍵詞:熱軋帶肋鋼筋;最大力總延伸率;引伸計(jì);手動測量
中圖分類號:TU511.3+2;TG115.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1001-4012(2022)04-0016-03
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁、海洋平臺、房屋建筑等 現(xiàn)代工程建造中應(yīng)用廣泛。混凝土的抗壓強(qiáng)度高, 但抗拉強(qiáng)度低,鋼筋是鋼筋混凝土建筑構(gòu)件的骨架, 在混凝土中主要承受拉應(yīng)力,具有非常高的抗拉強(qiáng) 度。鋼筋和混凝土的線膨脹系數(shù)相似,均不會因?yàn)? 環(huán)境因素而產(chǎn)生過大的應(yīng)力;鋼筋和混凝土之間具 有良好的黏結(jié)力,尤其變形鋼筋的使用更提高了兩 者的黏結(jié)力。
鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋是關(guān)鍵建筑材料, 其對建筑安全、建筑的使用壽命、資源節(jié)約等具有重 大意義。為了保障建筑工程的質(zhì)量,國際上制定了 一系列標(biāo)準(zhǔn),對熱軋帶肋鋼筋的材料性能檢測也進(jìn) 行了詳細(xì)的定義和要求,涵蓋了拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn) 和反向彎曲試驗(yàn)及疲勞試驗(yàn)等。國內(nèi)對熱軋帶肋鋼 筋的生產(chǎn)、使用和質(zhì)量檢測一直有相關(guān)的控制標(biāo)準(zhǔn): GB/T1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第2部分: 熱軋帶肋鋼筋》規(guī)定了熱軋帶肋鋼筋性能檢測項(xiàng)目 和要求;由中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《混凝土結(jié) 構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》第5.2.1條規(guī)定,應(yīng)按國 內(nèi)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,抽取鋼筋試樣進(jìn)行力學(xué)性 能和質(zhì)量偏差檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果必須符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的 規(guī)定。
目前,國內(nèi)對熱軋帶肋鋼筋的拉伸試驗(yàn)檢測項(xiàng)目有:屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后延伸率和最大力總 延伸率等。斷后延伸率僅反映鋼筋局部的變形能 力,難以代表熱軋帶肋鋼筋的真正變形能力。熱軋 帶肋鋼筋的均勻變形對其使用性能有較大的影響, 最大力總延伸率能夠真正反映熱軋帶肋鋼筋的變形 能力[1]。最大力總延伸率就是將試樣拉伸到最大力 時標(biāo)距伸長量與原始標(biāo)距的百分比,準(zhǔn)確測量最大 力總延伸率十分重要。
GB/T1499.2—2018中規(guī)定延伸率的類型可以 在斷后延伸率和最大力總延伸率中選定,但抗震的 熱軋帶肋鋼筋的延伸率全部選用最大力總延伸率。 GB/T1499.2—2018的8.1.1條要求熱軋帶肋鋼筋 的拉伸試驗(yàn)方法按 GB/T28900—2012 《鋼筋混凝 土用鋼材試驗(yàn)方法》執(zhí)行,該標(biāo)準(zhǔn)提供了一種斷后的 手動測量方法,同時也推薦 GB/T 228.1-2010《金 屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分:室溫試驗(yàn)方法》中第18 章規(guī)定的引伸計(jì)檢測方法。筆者對熱軋帶肋鋼筋的 最大力總延伸率的兩種測量方法進(jìn)行了比較,提出 最大力總延伸率測量方法的建議。
1 檢測方法
準(zhǔn)備10個?22mm 的 HRB400E鋼筋試樣,每 個試 樣 長 度 為 600 mm,試 驗(yàn) 時 平 行 長 度 大 于 350mm,無論試樣斷裂在任何位置,都可以滿足距 斷口至少50mm,距夾持端大于22mm 的要求。
使用激光打標(biāo)機(jī)標(biāo)記原始標(biāo)距,為了減小標(biāo)記 標(biāo)距帶來的誤差,等分格標(biāo)記間的距離為20 mm。 平行長度內(nèi)標(biāo)記范圍總長為400 mm,原始標(biāo)距為 100mm,測量每一組原始標(biāo)距,結(jié)果如表1所示。
引伸計(jì)測量和手工測量時均采用100mm 的原 始標(biāo)距,手動調(diào)整引伸計(jì)的標(biāo)距,并與試樣的一組標(biāo) 距重合,以保證拉伸至最大力時引伸計(jì)的測量位置 與手工測量標(biāo)距的標(biāo)記位置一致。
拉伸至最大力時停止試驗(yàn),取下試樣。測量與 引伸計(jì)標(biāo)距重合位置的最大力塑性延伸率,再加上 拉伸力卸載后的彈性變形,彈性變形計(jì)算方法如式 (1)所示。
式中:Agt 為最大力總延伸率;Ag 為最大力塑性延 伸率;Rm 為抗拉強(qiáng)度。
最大力點(diǎn)測量法與斷后手動測量法得到的不同 試樣的最大力總延伸率如表2所示。將試樣重新加 載至試驗(yàn)機(jī)上,無需加載引伸計(jì),并繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn), 直至試樣斷裂。
取斷裂后較長的一截試樣,用手動方法測量最大 力 總 延 伸 率,測 量 所 有 滿 足 距 離 斷 口 大 于 50mm,距離夾持位置大于22mm 位置的結(jié)果(見 表2,斷后手動測量法獲得的最大力總延伸率的結(jié) 果1~4分別為離斷口由近至遠(yuǎn)處的結(jié)果)。
采用全場應(yīng)變測量系統(tǒng)檢測拉伸至最大力后試樣 繼續(xù)變形的應(yīng)變場圖像,顯示僅存在一處頸縮(見圖1)。
采用引伸計(jì)測量最大力總延伸率時,確保最大 力取在拉伸曲線最大力平臺的中間位置,避免因拉 伸曲線未經(jīng)過光滑處理導(dǎo)致最大力位置取點(diǎn)偏左或 偏右,從而造成較大誤差。未經(jīng)過光滑處理最大力 處的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示。
2 結(jié)果分析
(1)由表1得出的10個鋼筋試樣的標(biāo)距極差 均小于0.2mm,標(biāo)記誤差小于0.3%,全部滿足不大 于±1%的要求。采用激光打標(biāo)機(jī)進(jìn)行標(biāo)距標(biāo)記的 重復(fù)性較好,對斷后多組最大力總延伸率數(shù)據(jù)的影 響較小。
(2)在最大力處停止試驗(yàn),比較引伸計(jì)與手動 兩種方法測量相同變形位置的最大力總延伸率。由 表2可以得出,最大力處用手動方法比用引伸計(jì)方 法測量獲得數(shù)據(jù)的平均值偏低 0.34%。兩種方法 的測量結(jié)果比較接近。
(3)試樣斷裂后,對引伸計(jì)與手動兩種方法測量的最大力總延伸率進(jìn)行分析。
由圖1可知:拉斷試樣過程中的應(yīng)變場圖像僅 有一處頸縮位置,不存在雙頸縮,所以斷后手動測量 不存在雙頸縮對最大力總延伸率測量結(jié)果的影響。
由圖2可知:拉伸曲線未經(jīng)過光滑處理,易造成 某一點(diǎn)的力值偏高,取點(diǎn)過程中,最大力不能取在平 臺中間位置。熱軋帶肋鋼筋一般拉伸曲線的最大力 平臺長度為1~2mm,曲線波動使試驗(yàn)機(jī)選擇最大 力時,可能取最大力平臺的兩端,而不在平臺的中 間,造成引伸計(jì)延伸采集數(shù)據(jù)誤差較大,影響最大力 總延伸率的測量。
由表2可知:試樣斷裂后,引伸計(jì)與手動兩種方 法測量的最大力總延伸率相差較大,靠近斷口處手 動方 法 比 引 伸 計(jì) 方 法 測 量 結(jié) 果 的 平 均 值 偏 大 3.0%,靠近夾持端手動方法比引伸計(jì)方法測量結(jié)果 的平均值偏大1.8%;測量位置對手動方法的影響 較大,斷后手動法測量的最大力總延伸率離斷口由 近至遠(yuǎn)依次遞減。用體積不變原理進(jìn)行分析,造成 兩種測量方法比對結(jié)果偏大的原因主要是熱軋帶肋 鋼筋拉 伸 至 最 大 力 后 直 至 斷 裂 過 程 中 的 不 均 勻 變形[2]。
3 結(jié)論
(1)拉伸試驗(yàn)全自動檢測是熱軋帶肋鋼筋性能 檢測的發(fā)展趨勢,全自動檢測需使用引伸計(jì)測量最 大力總伸長率。在拉伸至最大力時,且處于同等變 形條件下,引伸計(jì)方法與手動方法測量的最大力總 伸長率僅相差0.34%。引伸計(jì)的精度一般都可達(dá) 到0.5級以上,所以引伸計(jì)測量的最大力總伸長率 是可靠的。
(2)引伸計(jì)測量熱軋帶肋鋼筋的最大力總伸長 率時,最大力的取點(diǎn)位置非常重要,如應(yīng)力-應(yīng)變曲 線未進(jìn)行光滑處理,取點(diǎn)位置可能會偏左或者偏右, 影響伸長率的取值。使用引伸計(jì)測量熱軋帶肋鋼筋 的最大力總伸長率時,建議對應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行光 滑處理,光滑處理后的曲線應(yīng)表征原始應(yīng)力-應(yīng)變曲 線的特征。
(3)手動方法測量位置對最大力總伸長率的檢 測結(jié)果有很大影響,為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性,建議 在滿足測量條件下,靠近夾持端對最大力總伸長率 進(jìn)行測量。
(4)熱軋帶肋鋼筋的最大力總伸長率都有一定 的余量,具備條件的實(shí)驗(yàn)室可以采用 GB/T228.1— 2010中第18章規(guī)定的使用引伸計(jì)的檢測方法測量 最大力總伸長率。如有爭議,可采用手動方法。
參考文獻(xiàn):
[1] 方立新,薛建華,項(xiàng)鈺,等.抗震鋼筋力學(xué)特征值對抗 震結(jié)構(gòu)的意義[J].浙江建筑,2018,35(9):28-30.
[2] 范玫光,陳巧飛,孫本榮,等.預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒最 大力總伸長率的測試研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2012, 9(5):50-51.