淺談鋼絞線等溫松弛試驗(yàn)新方法的認(rèn)識(shí)

朱清偉

（山西省公路局 晉城分局試驗(yàn)室，山西 晉城 048026）

1 新舊試驗(yàn)方法操作對(duì)比

1.1 GB/T10120—1996《金屬應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法》（以下簡稱舊標(biāo)準(zhǔn)）

舊標(biāo)準(zhǔn)方法描述如下：試驗(yàn)溫度為20±2℃，試樣應(yīng)置于試驗(yàn)環(huán)境中足夠的時(shí)間，確認(rèn)達(dá)到溫度平衡后施加初始試驗(yàn)力；初始試驗(yàn)力為鋼絞線公稱最大力的60%、70%或80%；在3～5 min內(nèi)均勻地施加全部初始試驗(yàn)力；在加力過程中不應(yīng)超過初始試驗(yàn)力；初始試驗(yàn)力保持時(shí)間為1 min；松弛率按式R(%)=（F0-Fr）/F0×100進(jìn)行計(jì)算；可以采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)的線性回歸方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行推算，推算1000 h的應(yīng)力松弛性能時(shí)，建議最短試驗(yàn)時(shí)間不少于100 h。

1.2 GB/T5224—2014《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》

鋼絞線松弛試驗(yàn)按照GB/T21839—2008《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼材試驗(yàn)方法》（以下簡稱新標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行，方法描述如下：試驗(yàn)溫度為20±2℃；在試驗(yàn)前，試樣應(yīng)至少在松弛試驗(yàn)室內(nèi)放置24 h；在整個(gè)試驗(yàn)過程中，力的施加應(yīng)平穩(wěn)，前20%F0可按需要加載。從20%F0～80%F0應(yīng)連續(xù)加載或者分為3個(gè)或多個(gè)均勻階段，或以均勻的速率加載，并在6 min內(nèi)完成。當(dāng)達(dá)到80%F0后，80%F0～100%F0的過程應(yīng)連續(xù)加載，并在2 min內(nèi)完成；當(dāng)達(dá)到初始載荷F0時(shí)，力值應(yīng)在2 min內(nèi)保持恒定，2 min后，應(yīng)立即建立并記錄t0；初始試驗(yàn)力要求如無特殊要求只進(jìn)行初始力為70%實(shí)際最大力Fmax的松弛試驗(yàn)；在加力過程中不應(yīng)超過初始試驗(yàn)力（初始試驗(yàn)力小于等于1000 kN）的±1%；試驗(yàn)時(shí)間不少于120 h；外推1000 h 的公式為：logρ=Alogt+B。

由上述方法可知：a）加載時(shí)間由原來的3～5 min，變?yōu)閺?0%理論初始載荷到100%理論初始載荷，分段進(jìn)行，每段2 min，8 min完成，可見對(duì)加載過程的勻速加載更加重視，而在舊標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在3～5 min內(nèi)均勻地施加全部初始試驗(yàn)力，其實(shí)按照舊標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí)在施加初始載荷時(shí)并不能保證均勻，而是在開始的1～2 min內(nèi)荷載增長快，逐漸趨于平緩，而利用新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分段均勻加載是保證后續(xù)松弛試驗(yàn)過程的客觀性和試驗(yàn)結(jié)果可比對(duì)的重要基礎(chǔ)。

b）新標(biāo)準(zhǔn)的持荷時(shí)間由原來的1 min提高到了2 min，持荷時(shí)間內(nèi)，正是錨具跟進(jìn)后蠕變發(fā)展的過程，持荷時(shí)間過短，會(huì)使得錨具跟進(jìn)變化被看做鋼絞線松弛變化，持荷2 min，錨具跟進(jìn)變化的大部分已經(jīng)完成，對(duì)后續(xù)鋼絞線松弛試驗(yàn)的影響明顯減小。

c）在舊標(biāo)準(zhǔn)中加力過程不應(yīng)超過初始試驗(yàn)力，不好進(jìn)行控制，因?yàn)樵诔趾蛇^程中是通過變頻器或伺服電機(jī)來進(jìn)行控制。而新標(biāo)準(zhǔn)中正是解決了這一不合理的規(guī)定，在加力過程中不應(yīng)超過初始試驗(yàn)力（初始試驗(yàn)力小于等于1000 kN）的±1%，這樣更加合理和真實(shí)地記錄了初始試驗(yàn)力。

d）初始載荷由原來的公稱最大拉力的70%，變?yōu)閷?shí)際最大拉力的70%，試驗(yàn)初始載荷有所提高，對(duì)于鋼絞線松弛特性優(yōu)劣（依松弛率）判斷更加客觀，從另一方面講，對(duì)實(shí)驗(yàn)載荷條件提出了更加嚴(yán)格的要求。

2 新標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果的合理性判斷

a）新標(biāo)準(zhǔn)最為重大的變化是，將描述鋼絞線松弛過程的曲線坐標(biāo)由原來的“力值-時(shí)間對(duì)數(shù)”，變?yōu)椤八沙诼蕦?duì)數(shù)-時(shí)間對(duì)數(shù)”坐標(biāo)，其線性回歸處理在“松弛率對(duì)數(shù)-時(shí)間對(duì)數(shù)”坐標(biāo)系里，大量試驗(yàn)證明其線性關(guān)系反應(yīng)在試驗(yàn)開始后的約2 h，采用新標(biāo)準(zhǔn)的“松弛率對(duì)數(shù)-時(shí)間對(duì)數(shù)”坐標(biāo)進(jìn)行處理數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)約2 h前的數(shù)據(jù)并不成線性關(guān)系，可以理解為2 h前，鋼絞線松弛以及錨具跟進(jìn)變化等各項(xiàng)原因造成了在新坐標(biāo)系中的曲線不為直線，直到2 h左右以后，依此段到120 h的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行直線線性回歸，進(jìn)一步外推1000 h，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果更加接近真正1000 h試驗(yàn)的結(jié)果（此處可采取線性回歸相關(guān)系數(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步通過統(tǒng)計(jì)原理確認(rèn)雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)曲線擬合結(jié)論準(zhǔn)確），本試驗(yàn)室使用北京科瑞思創(chuàng)測控科技有限公司開發(fā)的預(yù)應(yīng)力鋼材的松弛試驗(yàn)軟件采集1000 h，松弛結(jié)果見表1。

表1 1000 h鋼絞線松弛實(shí)測值

表2 數(shù)據(jù)推算列表

b）從表1中可以看出初始荷載為182.6 kN，1000 h荷載為180.4 kN，松弛率為1.205%。

c）表2中給出了采用不同的采集數(shù)據(jù)至120 h來推算1000 h松弛率。

d）在舊標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系里，利用回歸方程為：F=Alogt+B擬合120 h的松弛曲線推算1000 h的松弛率（F=-0.39635×logt+181.88511，松弛率為1.04269%）。

e）結(jié)論：（a）如果將2 h前的數(shù)據(jù)參與計(jì)算時(shí)，見表2，違背了新標(biāo)準(zhǔn)的線性回歸要求，且數(shù)據(jù)明顯與真實(shí)值偏離，同時(shí)可見約2 h以后的曲線直線特性十分突出，線性擬合后，擬合曲線與試驗(yàn)曲線十分吻合，外推結(jié)果更加客觀可信。

（b）舊標(biāo)準(zhǔn)采用的外推公式及計(jì)算結(jié)果方法有可能會(huì)發(fā)生結(jié)果的誤判現(xiàn)象，這將給工程留下質(zhì)量隱患。

（c）舊標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理方式與方法已經(jīng)不適用，使用新標(biāo)準(zhǔn)時(shí)并不能簡單地修改加荷、持荷時(shí)間就認(rèn)為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，更主要的是必須更改數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來完成與新標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)接。

3 新標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于應(yīng)變測量的認(rèn)識(shí)

新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)裝置反力結(jié)構(gòu)剛度有了清晰的描述，給出了反力結(jié)構(gòu)變形長度測量及曲線記錄要求，雖然此應(yīng)變變化可等同反映在鋼絞線試件上，但該測量引伸計(jì)不能采用常規(guī)機(jī)械式，機(jī)械式引伸計(jì)長時(shí)間測量其穩(wěn)定性不能保證，必須采用光學(xué)引伸計(jì)，以反力結(jié)構(gòu)總長度測量最為準(zhǔn)確反映應(yīng)變變化情況。

4 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼棒及鋼絞線的應(yīng)力松弛試驗(yàn)是一項(xiàng)關(guān)乎建筑物安全的十分重要的試驗(yàn)。其試驗(yàn)方法也隨著技術(shù)進(jìn)步以及標(biāo)準(zhǔn)更新，一步步完善，試驗(yàn)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確客觀。縱觀鋼絞線松弛試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)近20年的發(fā)展，試驗(yàn)時(shí)間、加載時(shí)間、持荷時(shí)間的規(guī)定均有所變化，描述松弛過程的曲線坐標(biāo)從“力值-時(shí)間對(duì)數(shù)”，改變?yōu)椤八沙诼蕦?duì)數(shù)-時(shí)間對(duì)數(shù)”坐標(biāo)，松弛過程的特征值同樣也發(fā)生了很大變化。可以說松弛試驗(yàn)從加載控制到試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理全面更新，按照新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)外推結(jié)果更加接近真實(shí)情況，有效減少誤判發(fā)生。

試驗(yàn)時(shí)間由10 h，到100 h，再到120 h，直接增加了試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累總量，對(duì)于相同的外推1000 h松弛率而言，線性回歸直線更加仿真，外推結(jié)果的真實(shí)性在時(shí)間對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上可見10～100 h是成倍提高的，達(dá)到120 h則更加有所保證。