淺析熱軋帶肋鋼筋疲勞試驗方法使用原因及其意義

張 功 甘 浩

（湘潭市產商品質量監督檢驗所，湖南 湘潭 411201）

熱軋帶肋鋼筋是鋼筋混凝土用領域非常重要的建筑材料，廣泛用于房屋、橋梁、道路等土建工程。近些年來，我國鋼筋產量居高不下，但產能過剩，應用的鋼筋普通強度普遍較低，其中HRB335占比高達60%，HRB400占比30%，HRB500占比不到10%，再加上節能減排的要求給企業環保壓力的加大，自2012年10月，五個鋼鐵工業大氣污染排放國家標準GB28662-GB28666開始實施，相繼2013年2月環保部要求京津冀、長三角、珠三角等重點控制區鋼鐵工業實施特別排放標準，2017年、2018年、2019年都有相關標準規定排放限值要求，熱軋帶肋鋼筋升級換代是勢在必行。 隨著標準GB／T1499.2-2018的實行，取消335MPa級鋼筋，增加600MPa級鋼筋，HRB400、HRB500占據市場更多的使用比例，鋼筋生產工藝要求相繼提高，相應的檢驗檢測要求進行改進。根據標準GB／T1499.2-2018的要求“鋼筋疲勞試驗的技術要求和試驗方法應按照GB／T28900的規定”，即采用GB／T28900-2012第8章軸向疲勞試驗方法，相較于GB／T1499.2老標準，增加了鋼筋疲勞試驗方法的規定是對熱軋帶肋鋼筋檢驗方法的一種補充和完善，同時促進了熱軋帶肋鋼筋檢驗技術水準的提升。

1 加入疲勞試驗方法的原因

1.1 抗震要求與鋼筋疲勞的關系

標準GB／T1499.2-2018中增加帶E鋼筋牌號，即抗震鋼筋。標準中規定抗震鋼筋實測抗拉強度與實測屈服強度之比不小于1.25，從屈服階段到拉斷階段，抗震鋼筋應還能承受25%以上的拉力；抗震鋼筋實測屈服強度與標準屈服強度之比不大于1.30，抗震鋼筋屈服強度離散性不能過大，將其控制在一定范圍內，以致受力鋼筋性能比較均勻的承受拉應力；鋼筋的最大力總伸長率不小于9%，在鋼筋承受拉應力過程中，所有受力部位都在發生變形，而非僅僅在緊縮區附近的延伸。抗震鋼筋的三個重要指標抗拉強度、屈服強度、最大力下總延伸率，都是在軸向拉伸試驗基礎上進行試驗獲取的相關數據，并且靜態力學性質研究比較透徹，用軸向加載方式進行疲勞試驗，體現出屈服強度與疲勞強度之間的關系，在其他條件相同的情況下，鋼筋屈服強度越高，屈服應變越大，在完成同一位移幅值加載時，屈服強度越高的鋼筋產生的塑性應變越小，由于鋼筋受拉或受壓每一循環圈的疲勞損傷指數與塑性應變幅的n次方成正比，因此鋼筋屈服強度越高，受拉或受壓每一循環圈的疲勞損傷指數越小，鋼筋循環圈數越多。

1.2 鋼筋混凝土受力特性與鋼筋疲勞的關系

鋼筋混凝土結構是由混凝土和鋼筋兩種結構結合而成，混凝土具有很強的抗壓性能，但抗拉性能很低，素混凝土梁中，往往受拉區混凝土已經破壞，而受壓區混凝土抗壓強度還未被充分利用，其受力分析圖見圖1。鋼筋具有強度較高的抗拉強度，兩種材料結合后，共同抵抗外力作用，充分發揮混凝土抗壓強度較高和鋼筋抗拉強度較高的特性，其受力分析圖見圖2。熱軋帶肋鋼筋基本上都配置在混凝土梁、板受拉區，是主要的受拉構件。在鋼筋疲勞試驗過程中，交變荷載作用下，軸向疲勞加載試驗方法更貼近鋼筋在混凝土中實際受力情況。

圖1 素混凝土梁受力分析圖

圖2 配筋后混凝土梁受力分析圖

1.3 生產工藝與鋼筋疲勞的關系

標準GB／T1499.2-2018中金相組織規定， “金相組織應主要是鐵素體加珠光體，基圓上不應出現回火馬氏體組織”。在實際生產過程中，存在小廠生產的鋼筋或者大廠靠“穿水”工藝強行提高屈服強度。雖然這樣鋼筋屈服強度能夠達到國家標準，也減少添加合金元素等工藝成本，但穿水破壞在高溫狀態下鋼筋表面產生氧化膜，鋼筋更容易生銹，強度也容易衰竭，使鋼筋表面產生裂紋，也大大降低了鋼筋的疲勞性能。從圖3可見，回火馬氏體的組織形態一般是針片狀，其具有高強度高硬度，但韌性很差，其特點硬而脆。在受軸向力交變荷載作用下，內部組織結構不一樣導致強度和塑性的差異，疲勞性能也隨之改變，回火馬氏體針片狀容易產生應力集中，滑移不均勻，滑移局部集中，金屬表面形成擠出和擠入，經過應力多次交變后，使滑移形成的裂源擴展成微觀裂紋。

圖3 回火馬氏體組織.放大倍數500×

2 疲勞試驗方法的確定對熱軋帶肋鋼筋研究的重要意義

鋼筋疲勞試驗耗時較長，考慮到生產過程的連續性以及提升企業生產效率，在新標準中明確對鋼筋疲勞試驗僅在型式檢驗中進行，在原材料、生產工藝、設備有重大變化及新產品生產時都需要進行檢驗，或者根據需方要求進行檢驗。然而，熱軋帶肋鋼筋應用范圍廣泛，房屋建筑、鐵路、公路、橋梁、海港等各種工程結構中，特別是高層、大跨度、抗震等建筑結構遍地都是，其疲勞損傷帶來的破壞力是不能忽視的。

隨著科技發展，技術要求也越來越復雜，對于不同的要求而言，檢驗疲勞的方法劃分成不同的形式，按加載方式不同，可以把金屬疲勞試驗劃分為軸向加載疲勞試驗、彎曲疲勞試驗、扭轉疲勞試驗、復合應力疲勞試驗等，標準GB／T1499.2-2018要求采用軸向疲勞試驗方法，一來是軸向加載疲勞是國內外進行疲勞機理研究的主要方法，檢驗手段和研究成果相對成熟；其次基于靜態力學性質研究比較透徹，通過與靜態力學性質關聯性比對，能更好的深入研究鋼筋疲勞性能。

3 結語

標準GB／T1499.2-2018中明確了熱軋帶肋鋼筋疲勞試驗的技術要求和試驗方法，對企業和檢驗單位在技術要求上進行協調和統一，并對熱軋帶肋鋼筋生產各個環節有機的聯系起來，有條不紊的保障鋼筋生產質量水平。