钢筋拉伸试验中的几个误区

第 09 卷 第 8 期 中 国 水 运 Vol.9 No.8 2009 年 8 月 China Water Transport August 2009 收稿日期：2009-06-28 作者简介：张文斌，南京交通职业技术学院。 钢筋拉伸试验中的几个误区 张文斌，芮丽珺 （南京交通职业技术学院，江苏 南京 211188） 摘 要：结合江苏省交通桥梁工程试验检测技能竞赛中所出现的一些不规范操作现象，探讨了钢筋力学性能测试中 原始标距起始点的刻画、移位法、速率控制及度盘法测下屈服强度等几个问题。阐述了对相应规范条文的理解。 关键词：桥梁工程；拉伸试验；规范；原始标距；拉伸速率；移位法 中图分类号：TG24 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2009）08-0153-02 2008 年 11 月 7 日-9 日，由省交通厅、省总工会、省 劳动和社会保障厅联合举办的全省交通桥梁工程试验检测技 能竞赛决赛在南京交通职业技术学院隆重举行，本次竞赛设 理论考试、案例分析及 7 个试验检测技能项目。虽然各参赛 选手都是经过层层选拔出来的技术能手，并进行了认真的准 备，但由于个人对规范理解程度不同，在比赛过程中还是有 一些值得探讨的问题。本文就钢筋拉伸试验中出现的一些问 题进行一定的探讨。 本次竞赛要求对给定的一组试样进行拉伸试验，测出屈 服强度、抗拉强度和断后伸长率。试验所依据的规程是 GB/T 228-2002 《 金 属 材 料 室 温 拉 伸 试 验 方 法 》 和 GB1499.2-2007《钢筋混凝土用钢 第 2 部分：热轧带肋 钢筋》。现就以下几个问题进行讨论。 一、关于原始标距起始点的刻画问题 在各参赛队的操作过程中，部分参赛队员没有刻画出原 始标距的起始点，而只是用打点机打出了一系列连续的点， 在断后标距测量时再以断裂处为中心确定原始标距的起始 点。因不能和参赛队员交流，所以只能猜测他们的理解是： 在试样拉断后，在断口两端对称数出原始标距的点数，这样 可以防止出现断口断在标距外或断在距原始标距起点 1/3 内 的情况。 关于原始标距的标记和使用，GB/T 228-2002 有如下 几条规定： 规范第 8 条规定：应用小标记、细划线或细墨线标记原 始标距，但不得用引起过早断裂的缺口作标记。如平行长度 （Lc）比原始标距长许多，例如不经机加工的试样，可以标 记一系列套叠的原始标距。有时，可以在试样 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面划一条平 行于试样纵轴的线，并在此线上标记原始标距。 规范第 22.1 条规定：试验出现下列情况之一其试验结果 无效，应重做同样数量试样的试验。 A）试样断在标距外或断在机械刻划的标距标记上，而且 断后伸长率小于规定最小值； B）试验期间设备发生故障，影响了试验结果。 文章认为这是对规范条文的误解，原始标距的起始点必 须标记，在平行长度较长时，可以标记一系列套叠的原始标 距。原因有三： （1）钢材拉伸试验是抽样试验，规范规定了抽样方法， 实际上在试样上标记原始标距是抽样概念的延伸，即原始标 距的标记说明了在试样上所抽取的“试验段”，如不标记原始 标距，可以认为试验对象（“试验段”）还没有确定。 （2）从规范对原始标距的相关条文来看，不标记原始标 距起始点，部分规范条文即可认为多余。如 22.1 a） 所指 的“试验断在标距外”，如没有标记原始标距起始点，也就无 所谓“内外”了。再比如，所谓“套叠的原始标距”也就没 有意义了。 （3）GB228-2002 附录 B2.2 规定： 不经机加工试样的平行长度： 试验机两夹头间的自由长度应足够，以使试样原始标距 的标记与最接近夹头间的距离不小于 1.5d 或 1.5b。 如不标记原始标距起始点，那么在断后无法确定所采用 的原始标距是否满足上述自由长度的要求。因断后无法准确 判定夹持段位置。 基于以上三点分析，原始标距必须刻画出起点和终点， 如试样较长可以采用规范所给出的“套叠标距”的办法。 二、断口位置在距原始标距起始点小于 1/3 的情况 在竞赛过程中，有部分参赛队员出现移位法使用不当的 情况，一种是不需要使用移位法而强行使用移位法，一种是 移位法使用错误。移位法的基本原理是：断裂处附近的断后 伸长率最大，距断裂处越远断后伸长率越小，距断裂处相同 距离的两对称断面的断后伸长率是相同的。所以，理想的状 况是断裂处在原始标距的中心，这也是所要测定的真正的断 后伸长率。如果断口位置不在原始标距的中心，那么所测定 的断后伸长率是偏小的。而对钢材断后伸长率的要求是大于 一定数值，如果断口位置不在中心但所测得的断后伸长率符 合要求，那么真正的断后伸长率肯定是符合要求的。这也就 是为什么规范有以下两条规定。 GB228-2002 第 11.1 条规定：原则上只有断裂处与最 接近的标距标记的距离不小于原始标距的三分之一情况方为 154 中 国 水 运 第 09 卷 有效。但断后伸长率大于或等于规定值，不管断裂位置处于 何处测量均为有效。 GB228-2002 第 11.4 条规定：为了避免因发生在 11.1 规定的范围以外的断裂而造成试样报废，可以采用附录 F（提 示的附录）的移位方法测定断后伸长率。 所以从规范的理解看，移位法使用的前提是断裂处与最接 近的标距标记的距离不小于原始标距的三分之一并且断后伸长 率小于规定值。如果断裂处与最接近的标距标记的距离小于原 始标距的三分之一，但伸长率满足要求，则不需要使用移位法。 移位法实际上是一种理论上的换算，即假想断口断在标 距中间，试验前将原始标距长度平均分为 N 等分，采用移位 法即认为断裂处在中间，试验后断口左右两侧应产生相同的 断后伸长量。与断口左侧起点 X 对称的是 Y 点，XY 之间的 格数是 n，如果认为断裂处在中间，则在断口右侧的断后长 度为断口右侧 N/2 个格子的长度，即 XY/2+YZ。断口左侧 的断后长度理论上也是 XY/2+YZ，所以断后标距长度为 XY+2YZ。图 1-b）为 N-n 为奇数的情况，是一种近似处理。 附录 F 对移位法做了详细说明，不再详述。 三、拉伸速率的控制 GB228-2002 对拉伸速率的控制是根据不同的测试项 目分别给予规定的。 规范第 10.1.1.1 条规定（如仅测定上屈服强度）：在弹 性范围和直至上屈服强度，试验机夹头的分离速率应尽可能 保持恒定并在表 1 规定的应力速率的范围内。 表 1 应力速率 应力里速率/（N/mm2）·s-1 材料弹性模 量 E/（N/mm2） 最大 最小 ＜150 000 2 20 ≥150 000 6 60 规范第 10.1.1.2 条规定（如测定下屈服强度）：若仅测 定下屈服强度，在试样平行长度的屈服期间应变速率应在 0.00025/s--0.0025/s 之间。平行长度内的应变速率应尽 可能保持恒定如不能直接调节这一应变速率，应通过调节屈 服即将开始前的应力速率来调整，在屈服完成之前不再调节 试验机的控制。任何情况下，弹性范围内的应力速率不得超 过表 4 规定的最大速率。 规范第 10.1.1.5 条规定：如试验机无能力测量或控制应 变速率，直至屈服完成，应采用等效于表 4 规定的应力速率 的试验机夹头分离速率。 规范第 10.1.2.1 条对塑性范围内拉伸速率规定：平行长 度的应变速率不应超过 0.008/s。 从上述规定可以理解，在试验仪器不能对应变速率进行 控制时，可以采用应力速率进行控制。如本次竞赛试样为Φ 20，在弹性范围和直至上屈服强度，应力速率应控制在 6～ 60（N/mm2）·s-1，换算成力的速率应为 1.88～18.8kN·s-1。 如果按应变来控制速率，同样以Φ20 的试样为例，截面 面积为 314mm2，根据 10.1.1.2 的要求：应变速率应在 0.00025/s--0.0025/s 之 间 。 那 么 换 算 成 应 力 速 率 为 0.00025×E（200000）×314～0.0025×E（200000） ×314 N·s-1，即 15.7～157 kN·s-1。 有人曾对此提出疑问：应力速率和应变速率相差很大， 是不是规范有问题。其实这里的应变速率是不能如此换算成 应力速率的，因为此时已不是弹性关系也就是不存在σ=ε·E 的关系了，因弹性模量 E 已经发生了改变，所以 E 已经不能 再按弹性阶段取值。 从规范精神来看，弹性阶段应尽可能保持速率均匀并在 允许范围内，在屈服阶段如不能控制应变速率，则应以应力 速率来控制并在允许范围内，但并不能按以上方法将两种速 率进行换算。应力速率应控制在允许范围内。 另一关键问题是速率在何时调整。从原理上来说，速率 的控制应尽可能避免瞬时冲击效应，尽量减小速率变化引起 的测量值偏差。所以在弹性范围和直至上屈服强度阶段，应 开始调整好速率后尽量保持不变，不要频繁调整速率，因弹 性范围内σ-ε曲线基本呈直线状态，理论上基本是匀速的。在 进入屈服阶段后应禁止调整速率，因从下屈服强度的定义来 看（不计初始瞬时效应时屈服阶段中指示的最小力或首次停 止转动指示的恒定力）来看，所要读取的是不计初始瞬时效 应时屈服阶段中指示的最小力，如在屈服期间调整速率，可 能由于瞬时冲击效应而使得所测定的下屈服强度不准确。故 正确的操作应该是在开始施力后迅速调整到允许速率范围 内，直到上屈服；屈服期间应禁止调整速率；屈服结束后再 调整速率。在切换的过程中要保证没有冲击、没有掉力。 四、下屈服强度的测定 下屈服强度指的是屈服阶段不计初始瞬时效应的最小力 与断面积的比值，如图 2 所示。如是采用度盘法测定下屈服 强度，“不计初始瞬时效应的最小力”在度盘上的表现是：指 针第一次回摆时所对应的力是初始瞬时效应，之后的数次回 摆所指示的最小力才是下屈服强度所对应的力值。个别参赛 队员没有正确理解下屈服强度的定义，而误解为屈服阶段指 针回摆过程中所指示的最小力就是下屈服强度所对应的力 值，其实质是没有考虑初始瞬时效应的影响。 五、结语 从以上的分析可以看出，大部分问题是没有对正确理解 规范条文。试验检测工作是质量监督、检查的基础，规范操 作、减小误差是试验检测人员所追求的目标。所以作为一名 检测人员，首要的是掌握试验原理、准确理解相应规范的要 求；其次要能够分析影响试验结果的因素，在试验过程中尽 量降低影响，减小误差。只有这样，试验结果才具有可比性， 才能保证测定结果的代表性和准确性。 参考文献 [1] GB/T 228-2002.金属材料 室温拉伸试验方法. [2] GB1499.2-2007.钢筋混凝土用钢.第二部分：热轧带肋钢 筋. [3] 王建华，孙胜江.桥涵工程试验检测技术.人民交通出版 社，2004 年 12 月.