預(yù)應(yīng)力混凝士用鋼棒最大力總伸長(zhǎng)率的測(cè)試研究

摘要：從測(cè)量操作和反映材料變形行為的角度對(duì)比了預(yù)應(yīng)力混疑土用鋼棒的兩種延性指標(biāo)——斷后伸長(zhǎng)率和最大力總伸長(zhǎng)率，井通過(guò)試驗(yàn)分析了引伸計(jì)測(cè)量和A-r測(cè)量?jī)煞N方法度引伸計(jì)長(zhǎng)度對(duì)測(cè)量最大力總伸長(zhǎng)率的影響，提出了準(zhǔn)確測(cè)量預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒最大力總仲長(zhǎng)率的建議。

關(guān)鍵詞；最大力總伸長(zhǎng)率

預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼捧

中圖分類號(hào)：TB30 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2012)02(b)-0050-02

預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒的廷性性能對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的整體性能具有較大影響，準(zhǔn)確有效的評(píng)價(jià)預(yù)應(yīng)力鋼棒的延性性能十分重要。目前各生產(chǎn)廠對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼棒的延性主要采用斷后伸長(zhǎng)率(標(biāo)距為公稱直徑的8倍)評(píng)價(jià)，該指標(biāo)是沿襲日本產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)而來(lái)，不僅與我國(guó)其他棒線材產(chǎn)品評(píng)價(jià)指標(biāo)不一致，而且斷后伸長(zhǎng)率主要受斷口處變形影響，不能充分反映鋼棒整體的變形能力，所以，能夠表征鋼棒全長(zhǎng)塑性變形能力的最大力總伸長(zhǎng)率這一指標(biāo)愈來(lái)愈受到重視，近來(lái)已成為產(chǎn)品認(rèn)定中的重要指標(biāo)。然而，由于檢測(cè)習(xí)慣和技術(shù)水平等原因，很多鋼棒生產(chǎn)廠家沒(méi)有將最大力總伸長(zhǎng)率列為日常檢測(cè)指標(biāo)，甚至尚不能夠準(zhǔn)確測(cè)量。對(duì)此，本文對(duì)比了多種預(yù)應(yīng)力鋼棒的兩類延性指標(biāo)，并分析了最大力總伸長(zhǎng)率在檢測(cè)操作中的影響因素，提出了準(zhǔn)確測(cè)量該指標(biāo)的建議。

1實(shí)驗(yàn)材料與研究方法

測(cè)量Agt的常用方法有使用引伸計(jì)采集數(shù)據(jù)的方法和不使用引伸計(jì)的人工測(cè)量法，前者的精確度較高，但目前在眾多鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)中應(yīng)用得不夠廣泛。本文對(duì)多種試驗(yàn)分別采用兩種檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比，得到人工測(cè)量法的誤差范圍，提出是否推薦人工測(cè)量法。

此外，對(duì)于引伸計(jì)法測(cè)量A(m_gt)操作中所使用的引伸計(jì)，其長(zhǎng)度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響也進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。同時(shí)夾持100mm、200mm兩個(gè)引伸計(jì)(如圖1所示)。其中，100mm引伸計(jì)采集的數(shù)據(jù)由試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄、分析并得出Aguoo值，200mm引伸計(jì)的數(shù)據(jù)由人工在線讀出。以2ram/min的速度拉伸試樣，觀察拉力達(dá)到最大值時(shí)，人工判讀200mm引伸計(jì)，得到A(m_gt200)值，然后摘下西個(gè)引伸計(jì)，同時(shí)繼續(xù)拉伸直至試樣拉斷。(如圖1)

2結(jié)果及分析

2.1A與Agt的選擇

GB/T228-2002對(duì)兩個(gè)延性指標(biāo)作出了明確規(guī)定：斷后伸長(zhǎng)率A是指斷后標(biāo)距的殘余伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距之比的百分率；最大力總伸長(zhǎng)率Agt是指最大力時(shí)原始標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距之比的百分率(如圖2所示)。以往A通常以非比例試樣形式檢測(cè)，即對(duì)多種規(guī)格的試樣標(biāo)距一律為固定值，但是由于試樣規(guī)格對(duì)頸縮處變形量有明顯影響，因此，目前多采用比例試樣，且一般原始標(biāo)距為5.65√S疋(S為平行長(zhǎng)度的原始橫截面積)，基本能夠科學(xué)地反映材料在斷口處的變形程度。(如圖2)

然而，斷后伸長(zhǎng)率僅能表現(xiàn)斷口處的變形程度，但是包括彈性變形在內(nèi)的、在發(fā)生頸縮之前、整個(gè)試樣的塑性變形程度則未充分反映。對(duì)于建筑鋼筋，當(dāng)建筑物在地震等災(zāi)害中破壞，鋼筋在頸縮之前的伸長(zhǎng)情況是有效的延性表現(xiàn)，出現(xiàn)頸縮之后則其承載力急劇下降，該階段的延性對(duì)結(jié)構(gòu)的支撐已無(wú)意義。而最大力下總伸長(zhǎng)率Agt表現(xiàn)的是力值達(dá)到最大時(shí)的總變形，發(fā)生在鋼材變形集中于局部之前，接近“均勻伸長(zhǎng)率”的意思。對(duì)此，中國(guó)建筑科學(xué)研究院和鄭州大學(xué)的研究者也有一致的觀點(diǎn)。因此，對(duì)于高強(qiáng)PC鋼棒，最大力總伸長(zhǎng)率Agt對(duì)評(píng)價(jià)其延性性能更具有實(shí)際意義。

而且，對(duì)斷后伸長(zhǎng)率A的測(cè)量存在兩個(gè)方面的系統(tǒng)誤差：需要將試樣拉斷，然后把兩段試樣拼合在一起。但是在試驗(yàn)中，往往斷口形狀復(fù)雜，不能做到完全將兩段拼接在一起，中間的縫隙則被計(jì)入伸長(zhǎng)的部分，對(duì)于不同的試樣，接縫大小必定存在差異。此外，若不采用標(biāo)距儀在試樣上畫/刻出距離較小的標(biāo)記，而是用筆標(biāo)出標(biāo)距長(zhǎng)度，則斷口一般不發(fā)生在標(biāo)距正中間，斷口附近變形在標(biāo)距內(nèi)分布不均，就又會(huì)出現(xiàn)一種系統(tǒng)誤差。

在操作上，對(duì)斷后伸長(zhǎng)率A的測(cè)量比較簡(jiǎn)單，而對(duì)最大力總伸長(zhǎng)率Agt的測(cè)量相對(duì)復(fù)雜，若要用到引伸計(jì)，則對(duì)操作人員熟練程度要求較高，否則易發(fā)生引伸計(jì)破壞。

綜上所述，斷后伸長(zhǎng)率A僅適于表現(xiàn)斷口附近變形程度，不能反映鋼棒整體的變形，并且存在系統(tǒng)誤差；最大力總伸長(zhǎng)率Agt對(duì)評(píng)價(jià)PC鋼棒的延性性能更具有實(shí)際意義，但操作相對(duì)復(fù)雜。建議選擇最大力下總伸長(zhǎng)率Agt為評(píng)價(jià)高強(qiáng)PC鋼棒延性性能的最主要指標(biāo)。

2.2對(duì)Agt人工測(cè)量方法的誤差研究

GB/T228-2002和IS010606中都規(guī)定可以人工地測(cè)定Agt。具體方法如下：

在拉伸后的試樣上避開(kāi)斷口，與夾具和斷口保持足夠距離取一段測(cè)量長(zhǎng)度L(mm)，試驗(yàn)前此段長(zhǎng)度為L(zhǎng).(mm)。試樣抗拉強(qiáng)度為R.(N/mm2)，彈性模量E(N/mm2)。

A(m_m)=[(L-Lo)/L-Rm/E]×100

(1)本試驗(yàn)取標(biāo)距為100mm，對(duì)多種預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒的測(cè)試結(jié)果如圖3所示。其中，“人I-Agtso”和“人A(m_g12d)”分別表示采用人工測(cè)量法的測(cè)量段(標(biāo)距)與斷口相距50ram和2倍鋼棒直徑。(如圖3)

經(jīng)計(jì)算，圖3中人工鍘量值與引伸計(jì)測(cè)量值相比平均偏差為0.45％。現(xiàn)行PC鋼棒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定產(chǎn)品的A。不小于3.5％，工藝試驗(yàn)中鋼棒的A。多在3.5～5.5％之間，而人工測(cè)量的偏差為O.45％，約為A(m_gt)總數(shù)值的8-13％。可見(jiàn)，人工測(cè)量法的結(jié)果與較精確的引伸計(jì)采集數(shù)據(jù)結(jié)果相比存在較大誤差。

分析誤差出現(xiàn)的原因：一部分在于手工畫標(biāo)距或用標(biāo)距儀刻標(biāo)記時(shí)，標(biāo)記長(zhǎng)度不準(zhǔn)確，這是無(wú)法避免的——以本試驗(yàn)的100ram標(biāo)距為例，用筆每隔5mm或10ram描點(diǎn)。試驗(yàn)人員在一支試樣上需要描畫很多點(diǎn)，重復(fù)勞動(dòng)之下準(zhǔn)確度存疑，而且一般筆畫寬度本身就占約lmm，而拉伸完畢后標(biāo)距段伸長(zhǎng)量基本僅為3～5mm，僅筆畫寬度就帶來(lái)了較大誤差，與GB/T 228中規(guī)定的“原始標(biāo)距的標(biāo)記應(yīng)準(zhǔn)確到±1％”也相去甚遠(yuǎn)。打點(diǎn)式標(biāo)距儀同樣存在類似的問(wèn)題，在沖擊下試樣容易夾持不穩(wěn)造成移動(dòng)，導(dǎo)致標(biāo)記長(zhǎng)度誤差。

此外，圖3還顯示出“人工A(m_gtso)”全部低于“人工A(m_g12d)。”的現(xiàn)象，證明測(cè)量段與斷口的距離明顯影響著測(cè)試結(jié)果。這是由于預(yù)應(yīng)力鋼棒在拉伸后期變形集中在縮頸即斷口處，距離斷口越近，塑性變形越劇烈，而2d<50mm，所以A(m_g12d)>A(m_gtso)。因此建議人工測(cè)量時(shí)保證足夠的試樣長(zhǎng)度，且測(cè)量段盡量遠(yuǎn)離斷口。

2.3引伸計(jì)長(zhǎng)度對(duì)測(cè)量Agt結(jié)果的影響

Agt200值略大于AgtlOO值，平均差為O.175.％，可視為近似相等。當(dāng)最大力出現(xiàn)平臺(tái)，應(yīng)取平臺(tái)中點(diǎn)處的伸長(zhǎng)率作為A。試驗(yàn)機(jī)也據(jù)此自動(dòng)測(cè)量。由于人工判讀需先判斷是否已出現(xiàn)最大力平臺(tái)，使判讀往往遲后于試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)測(cè)量，因此A(m_gt200)值略大于A(m_gt100)值。如果完全采用自動(dòng)測(cè)量，A(m_gt200)值將更靠近A(m_gt100)值。因此，引伸計(jì)長(zhǎng)度對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大，較長(zhǎng)的引伸計(jì)(女200mm)有利于測(cè)量的精確度，但是在條件不允許的時(shí)候，使用100mm等長(zhǎng)度的引伸計(jì)亦可。

在測(cè)量試驗(yàn)中還得到以下操作經(jīng)驗(yàn)：準(zhǔn)確測(cè)量A。應(yīng)使用引伸計(jì)，由于PC棒有一定頸縮量，時(shí)間上允許在達(dá)到最大力之后再摘掉引伸計(jì)，而不會(huì)因試樣拉斷將引伸計(jì)崩壞；除注意引伸計(jì)的使用，還需適當(dāng)選擇拉伸速度。拉伸速度過(guò)快，則測(cè)量的強(qiáng)度值偏高，伸長(zhǎng)率偏低，對(duì)于本試驗(yàn)，拉伸速度過(guò)快還會(huì)導(dǎo)致來(lái)不及摘除引伸計(jì)。

3結(jié)論

(1)斷后伸長(zhǎng)率A僅適于表現(xiàn)斷口附近變形程度，不能反映鋼棒整體的變形.并且存在系統(tǒng)誤差；最大力總伸長(zhǎng)率Agt對(duì)評(píng)價(jià)PC鋼棒的延性性能更具有實(shí)際意義，但操作相對(duì)復(fù)雜。最終選擇最大力總伸長(zhǎng)率Agt為評(píng)價(jià)高強(qiáng)PC鋼棒延性性能的最主要指標(biāo)。

(2)人工測(cè)量法的測(cè)量段應(yīng)盡量遠(yuǎn)離斷口。

(3)人工測(cè)量法在實(shí)際操作中易出現(xiàn)較大誤差，其結(jié)果與較精確的引伸計(jì)采集數(shù)據(jù)結(jié)果相比存在一定誤差，根據(jù)本試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均偏差為0.45％，該偏差較大，因此推薦使用引伸計(jì)測(cè)量Agt。

(4)引伸計(jì)長(zhǎng)度對(duì)Agt測(cè)量的結(jié)果無(wú)明顯影晌。

參考文獻(xiàn)

[1]徐有鄰.我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋的現(xiàn)狀及發(fā)展.土木工程學(xué)報(bào)1999，132(5)：3～9.

[2]管品武，劉立新，張達(dá)勇.關(guān)于鋼筋材料延性指標(biāo)的探討.建筑結(jié)構(gòu)，2006.36(7)：53～56.

[3]陳彪，肖玲玲.基于突變理論的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量評(píng)價(jià)模型.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010(22).

[4]陳平.大跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比選.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(1).