Table 1. 熱軋帶肋鋼筋的主要性能指標
| 型號 | 直徑/mm | 下屈服強度/MPa | 抗拉強度/MPa | Agt/% |
|---|---|---|---|---|
| HRB400E | 12~32 | ≥400 | ≥540 | ≥9.0 |
分享：不同測試方法對鋼筋最大力總延伸率測量結果的影響
隨著現代建筑設計向超高化和大型化方向發展,建筑物的抗震性能引起國家和社會的普遍關注。國家對地震多發地區的工程結構要求越來越高,而鋼筋作為鋼筋混凝土結構中最為重要的結構材料,其性能直接關系到建筑工程的安全。在地震區使用的鋼筋不僅要求具備優良的力學性能,也需要具備良好的抗震性能。
鋼筋原材料的伸長率常分為兩種,即斷后伸長率A和最大力總延伸率Agt。Agt為抗震鋼筋的重要指標之一,其反映的是鋼筋在受力后對形變的抵抗能力[1]。Agt是指將試樣拉伸到最大力時標距的伸長量與原始標距的百分比,準確測量Agt十分重要[2-3]。
GB/T 28900—2022《鋼筋混凝土用鋼材試驗方法》于2022年10月12日頒布,代替原GB/T 28900—2012《鋼筋混凝土用鋼材試驗方法》。標準GB/T 28900—2022對試樣制備、人工時效、工藝性能以及拉伸試驗等進行了修訂,其中第6.3.4.1條款規定：當對鋼筋Agt性能試驗發生爭議時,采用手工法進行測量。目前手工法測量結果與真實結果偏離較大,建議采用更加貼近鋼筋拉伸曲線的引伸計法或手動計算法對鋼筋進行測量與計算。考慮到標準實施的準確性與必要性,結合工程檢測現狀,筆者設計試驗驗證了手工法的測量誤差,并提出了減小Agt測量誤差的方法,研究結果對實際生產有重要借鑒意義。
1. 試驗材料與方法
1.1 試驗材料
工程中常用的鋼筋原材料為熱軋帶肋鋼筋和熱軋光圓鋼筋。熱軋帶肋鋼筋是由熱軋成型并自然冷卻而成的,其橫截面通常為圓形,且表面有兩條縱肋和沿長度方向均勻分布的橫肋。熱軋光圓鋼筋的橫載面為圓形,且表面光滑。熱軋帶肋鋼筋對Agt的要求較高,因此選擇同型號、同規格、同一材料批次的熱軋帶肋鋼筋進行試驗,其主要性能指標如表1所示。
1.2 試驗方法
試驗環境溫度為（23±5） ℃,相對濕度為30%~65%。選用直徑為20 mm的HRB400E鋼筋試樣,并逐根打好標距。每根鋼筋截取約600 mm,以保證去除夾持端后的有限試樣長度達到400 mm,并保證手工法測量試樣的Agt后,能夠找出足夠多且滿足標準要求的斷后標距,標準規定原始標距為100 mm。
依據GB/T 228.1—2021 《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》,采用引伸計法測量鋼筋試樣的Agt。依據標準GB/T 28900—2022,采用手工法測量鋼筋試樣的Agt,引伸計標距規定為100 mm。
標準GB/T 28900—2022規定手工法測量鋼筋試樣Agt的計算方法如式（1）所示。
| (1) |
式中：Ar為斷后均勻伸長率；Rm為抗拉強度。
2. 試驗結果
2.1 引伸計法
筆者設計了一種引伸計法,用以驗證式（1）的準確性。具體方法為：在夾持引伸計時,手動調整引伸計的標距位置,并與試樣的一組標距重合,以保證鋼筋拉伸至最大力時,引伸計的測量位置與卸力后手工測量標距的標記位置一致；拉伸至最大力時停止試驗,記錄引伸計標距,直接計算得出Agt；記錄后盡快取下試樣,測量與引伸計標距重合位置的最大力塑性延伸率,再加上根據式（1）計算出的拉伸力卸載后最大力彈性伸長率,可以得出Agt。將試樣重新加載至試驗機上,無需加載引伸計,并繼續進行試驗,直至試樣斷裂。在鋼筋實測抗拉力達到最大力時停止加載,待力值歸零后取下試樣。引伸計法和手動計算得到的Agt如表2所示。
Table 2. 引伸計法和手動計算得到的Agt
| 試樣編號 | 抗拉強度/MPa | Agt/% | |
|---|---|---|---|
| 引伸計法 | 手動計算 | ||
| 1 | 625,625 | 13.4,13.3 | 13.7,13.5 |
| 2 | 625,625 | 12.7,13.4 | 12.7,13.5 |
| 3 | 620,620 | 13.3,13.7 | 13.4,13.6 |
| 4 | 625,625 | 13.5,13.2 | 13.4,13.3 |
| 5 | 625,625 | 13.0,13.3 | 13.1,13.3 |
| 6 | 625,620 | 13.1,13.6 | 13.2,13.6 |
| 7 | 630,625 | 12.9,13.1 | 13.2,13.2 |
| 8 | 620,620 | 13.2,13.4 | 13.3,13.6 |
| 9 | 625,625 | 13.3,13.1 | 13.5,13.6 |
| 10 | 620,625 | 13.2,13.5 | 13.3,13.3 |
由表2可知：引伸計法測量的Agt平均值為13.3%,手動計算得到的Agt平均值為13.4%,引伸計法的測量結果比手動計算結果偏低0.1％,因為取引伸計時最大力已有0.2%的下降,采點位置延后。引伸計法可以給出鋼筋達到最大力時的真實變形值,而手動計算結果的讀數往往在最大力后,導致手動計算的結果偏高。
2.2 手工法
取引伸計法試驗中斷裂后較長的一段鋼筋試樣,利用手工法對其Agt進行測量,結果如表3所示,點1~5依次距斷口由近至遠。
Table 3. 手工法的Agt測量結果
| 試樣編號 | 抗拉強度/MPa | Agt/% | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 點1 | 點2 | 點3 | 點4 | 點5 | 斷口末端 | ||
| 1 | 625,625 | 16.4,17.7 | 15.7,17.5 | 15.6,16.7 | 15.5,16.0 | 15.3,15.3 | 15.2,15.0 |
| 2 | 625,625 | 16.5,17.6 | 15.9,17.5 | 15.6,17.3 | 15.5,17.2 | 15.2,17.0 | 13.6,15.3 |
| 3 | 620,620 | 16.9,16.4 | 16.3,16.0 | 16.0,15.7 | 15.7,15.4 | 15.5,15.2 | 14.3,14.3 |
| 4 | 625,625 | 16.7,17.0 | 16.3,16.4 | 15.7,15.7 | 15.5,15.0 | 15.1,14.4 | 14.9,14.1 |
| 5 | 625,625 | 16.1,17.8 | 15.9,17.6 | 15.6,16.7 | 15.2,16.1 | 15.0,15.2 | 13.7,14.9 |
| 6 | 625,620 | 16.1,15.9 | 15.7,15.6 | 15.5,15.0 | 15.2,14.7 | 15.0,14.5 | 14.6,14.2 |
| 7 | 630,625 | 16.3,17.7 | 15.9,17.6 | 15.5,17.4 | 15.3,17.2 | 15.2,16.9 | 14.4,15.4 |
| 8 | 620,620 | 15.7,16.1 | 15.3,15.6 | 15.0,15.1 | 14.6,14.7 | 14.4,14.4 | 14.2,14.1 |
| 9 | 625,625 | 16.2,16.1 | 15.9,15.7 | 15.5,15.3 | 15.4,14.9 | 15.2,14.7 | 14.9,13.8 |
| 10 | 620,625 | 17.4,15.7 | 17.2,15.3 | 17.0,14.8 | 16.8,14.6 | 16.7,14.5 | 15.5,13.6 |
由表3可知：鋼筋試樣均勻,不同位置的Agt測量結果無顯著差異。手工法依靠軟件實時判定最大力出現下降的時刻,采集數據時確保力值穩定下降再停止拉伸,這一過程軟件被設置成力值減小不超過0.2%最大力時停止拉伸；引伸計法依靠軟件自帶的采集功能,在試驗結束后,通過查詢數據的方式準確找出最大力時刻對應的引伸計標距長度。
2.3 標距對手工法測量結果的影響
圖1為不同標距條件下手工法Agt測量結果。由圖1可知：當選取距斷口較近的斷后標距時,點1~5的Agt平均值與引伸計法得出的Agt平均值依次相差3.3%,2.9%,2.5%,2.2%,1.9%；隨著標距向夾持端靠近,手工法的Agt測量結果呈遞減的趨勢；點1~5的Agt平均值由16.6%遞減至15.2%,最大值比最小值大1.4%,說明標距對手工法的測試結果影響較大,距離斷口越近,測量結果偏差越大。
圖 1 不同標距條件下手工法Agt測量結果
2.4 鋼筋規格對手工法測量結果的影響
采用手工法測量不同規格鋼筋試樣Agt的結果如圖2所示。由圖2可知：不同規格鋼筋試樣的Agt測量結果均呈現同一變化趨勢,即當標距由斷口處向夾持端移動時,Agt逐漸減小,且減小的幅度逐漸變小,最后趨于平緩。說明鋼筋規格對手工法測量結果的影響不大。
圖 2 采用手工法測量不同規格鋼筋試樣Agt的結果
3. 結論
（1）采用引伸計法與手動計算得到的Agt差異不大。
（2）采用手工法時,斷后標距的選取對Agt測量結果影響較大,越靠近斷口,Agt的測量結果越偏離真實值。
（3）采用手工法時,不同規格熱軋帶肋鋼筋的Agt測量結果具有相同的變化趨勢。
文章來源——材料與測試網
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