鋼筋力學(xué)性能檢測時試驗速率的正確選擇

鋼筋力學(xué)性能檢測時試驗速率的正確選擇摘要：熱軋帶肋鋼筋和熱軋光圓鋼筋的拉伸試驗均采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T228，新標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第一部分：室溫試驗方法》，與舊標(biāo)準(zhǔn)相比有了較大的變化，其中在試驗速率控制方面，增加了方法A應(yīng)變速率控制方法，方法A（應(yīng)變速率控制）和方法B（應(yīng)力速率控制）中對于不同的參數(shù)測定所采用的速率都有明確規(guī)定。關(guān)鍵詞：鋼筋；力學(xué)性能；試驗速率；應(yīng)變速率；應(yīng)力速率前言熱軋帶肋鋼筋和熱軋光圓鋼筋（以下簡稱鋼筋）執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是國家強制性標(biāo)準(zhǔn)GB1499.2-2007《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》和GB1499.1-2008《鋼筋混凝土用鋼第1部分：熱軋光圓鋼筋》，鋼筋的力學(xué)性能對于鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的作用發(fā)揮十分重要，鋼筋的牌號也是由鋼筋的屈服強度特征值所表示，在GB1499.1-2008和GB1499.2-2007標(biāo)準(zhǔn)中鋼筋的力學(xué)性能包括屈服強度ReL（即下屈服強度）、抗拉強度Rm、斷后伸長率A、最大力總伸長率Agt等，這些力學(xué)性能特征值的測定均采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》。國內(nèi)外大量試驗證明，在進(jìn)行拉伸試驗的過程中，試樣的變形速率直接影響試樣的結(jié)果，尤其是對于屈服強度ReL的測定，對試驗速率的大小十分敏感，而且用應(yīng)變速率控制的檢測數(shù)據(jù)比位移控制速率更穩(wěn)定。為了保證試驗結(jié)果的可比性，GB/T228.1-2010修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6892-1：2009，給出了方法A（應(yīng)變速率控制）和方法B（應(yīng)力速率控制）兩種控制速率的方法。其中方法A一方面可以減小試驗結(jié)果的測量不確定度，另一方面增強了試驗結(jié)果的可比性。這種控制模式也是即將廣泛推行的方法。應(yīng)力、應(yīng)力速率、應(yīng)變、應(yīng)變速率、橫梁位移速率、負(fù)荷速率的理解有些檢測員對于這幾個概念混淆不清，尤其是對于應(yīng)變速率的理解，我們多數(shù)使用的設(shè)備只能用應(yīng)力速率（單位MPa/s）進(jìn)行控制，但標(biāo)準(zhǔn)中部分環(huán)節(jié)要求使用應(yīng)變速率（單位s-1）來控制。下面就對這幾個常用的概念加以說明。應(yīng)力、應(yīng)力速率應(yīng)力是指試驗期間任一時刻的力除以試樣原始橫截面積S0之商，如式（1）所示；應(yīng)力速率指單位時間應(yīng)力的增加，如式（2）所示。R=F/S0（1）其中：R——應(yīng)力（N/m或MPa）；F一一軸線方向受到的力（N）；S0――試樣橫截面積（mm）oR=AR/At（2）其中：R——應(yīng)力速率（MPa/s）；AR一一某一時段應(yīng)力增加量（MPa）；At產(chǎn)生AR所用的時間（s）。應(yīng)變、應(yīng)變速率應(yīng)變速率是指用引伸計標(biāo)距Le測量時單位時間的應(yīng)變增加值。對于一個單元體來講，當(dāng)受到外力的作用時，會產(chǎn)生線應(yīng)變和角應(yīng)變（或切應(yīng)變），我們所說的應(yīng)變是指線應(yīng)變，用e表示，線應(yīng)變和角應(yīng)變都是無量綱的量，拿線應(yīng)變來講，是由某一方向的長度在變形前后的改變量與原長之比，如式（3）所示，線應(yīng)變以伸長為正，縮短為負(fù)。理解了線應(yīng)變，應(yīng)變速率就迎刃而解了，如式（4）所示。e=AL/L0（3）其中：e――線應(yīng)變；△L――某一方向長度的改變量（mm）；L0——某一方向的原長度（mm）。2.3橫梁位移速率負(fù)荷速率橫梁位移速率指單位時間的橫梁位移（mm/s），試樣拉伸試驗過程中，橫梁位移速率與應(yīng)變速率之間的轉(zhuǎn)換如式（5）和式（6）所示。鋼的拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)力速率為6?60MPa/s，但有些時候應(yīng)力速率也不是很直觀，轉(zhuǎn)換為負(fù)荷速率控制就比較簡單直觀，由平均應(yīng)力速率轉(zhuǎn)換推導(dǎo)出負(fù)荷速率如式（7）所示；在彈性范圍內(nèi)平均應(yīng)力速率為R平=AF/（AfS0），則AF/At=R平?S0其中：應(yīng)變速率控制的試驗速率（方法A）當(dāng)選用方法A時，即應(yīng)變速率控制，對于試驗機的要求很高，要求試驗機必須具有自動監(jiān)測、自動控制功能，能夠有效的控制不同時段的試驗速率。GB/T228.1-2010中給出了兩種不同類型的應(yīng)變速率控制模式，一種是通過引伸計的反饋來控制的應(yīng)變速率，另一種是根據(jù)平行長度估計的應(yīng)變速率（即通過控制平行長度與需要的應(yīng)變速率相乘而得到的橫梁位移速率），對于不同的檢測項目標(biāo)準(zhǔn)中給出了相應(yīng)的試驗速率，尤其是對于不連續(xù)屈服的材料，應(yīng)選用根據(jù)平行長度部分估計的應(yīng)變速率來控制。如圖1所示。下面來說說用方法A測定鋼筋的力學(xué)性能時試驗速率的正確選擇。根據(jù)速率選用圖表所示，在測定屈服強度（即下屈服強度ReL）時，標(biāo)準(zhǔn)推薦使用范圍2的速率，即0.00020?0.00030S-1，也可選用范圍3的速率；在測定抗拉強度Rm、斷后伸長率A、最大力總伸長率Agt時，標(biāo)準(zhǔn)推薦選用范圍4的速率，即0.32?0.48min-1,也可選用范圍2和范圍3的速率，如果僅僅測定抗拉強度時，根據(jù)范圍3或范圍4得到的平行長度估計的應(yīng)變速率適用于整個試驗，這樣可以簡化整個試驗過程。4應(yīng)力速率控制的試驗速率（方法B）在選用方法B時，需要試驗機既可以控制應(yīng)力速率，又可以控制應(yīng)變速率，因為應(yīng)力速率只使用于方法B中彈性階段，當(dāng)我們測量鋼筋的抗拉強度Rm、斷后伸長率A、最大力總伸長率Agt時，標(biāo)準(zhǔn)要求使用應(yīng)變速率。鋼筋的彈性模量一般都大于150000MPa，所以在彈性范圍和直至上屈服強度，橫梁位移速率應(yīng)保持在6?60MPa/s范圍內(nèi)，在任何情況下，彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力速率不得超過60MPa/s。在測定下屈服強度ReL時，應(yīng)變速率控制在0.00025?0.0025S-1之間；在測定Rm、A、Agt時，試驗速率可以增大到不大于0.008S-1的應(yīng)變速率。5小結(jié)在現(xiàn)實中多數(shù)實驗室依然使用擺動測力的液壓試驗機，或者是只能控制負(fù)荷速率或應(yīng)力速速的試驗機，這就需要我們加快檢測設(shè)備的更新?lián)Q代，提高檢測儀器的控制精度，盡可能選擇具有閉環(huán)控制系統(tǒng)的既能控制應(yīng)力速率也能控制應(yīng)變速率的試驗機；在無法改變設(shè)備現(xiàn)狀的情況下，可以利用速率間的相互轉(zhuǎn)化，將應(yīng)變速率等效為相應(yīng)的橫梁位移速率，或者將應(yīng)力速率轉(zhuǎn)換為負(fù)荷速率，從而與標(biāo)準(zhǔn)要求相切合，進(jìn)而提高試驗結(jié)果的可比性，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，減小試驗結(jié)果的測量不確定度。參考文獻(xiàn)GB1499.2—2007鋼筋混凝土用