基于建筑鋼材拉伸試驗(yàn)的研究

周永奮

（廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣東 廣州 510000）

基于建筑鋼材拉伸試驗(yàn)的研究

周永奮

（廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣東 廣州 510000）

建筑用鋼材面廣量大，質(zhì)量至關(guān)重要。建筑鋼材拉伸試驗(yàn)，是鋼材檢測(cè)分析的重要內(nèi)容之一，除能檢測(cè)鋼材屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度等強(qiáng)度指標(biāo)外，還能檢測(cè)出鋼材的塑性。本文對(duì)常用建筑鋼材拉伸試驗(yàn)的流程及具體方法進(jìn)行了分析。

建筑鋼材；拉伸試驗(yàn)；方法

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

掌握鋼筋拉伸試驗(yàn)的方法、步驟、結(jié)果的計(jì)算與評(píng)定及試驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)。在試驗(yàn)過(guò)程中，將鋼筋拉至斷裂以便觀(guān)察和測(cè)定鋼筋的力學(xué)性能，為施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)鋼材提供正確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)條件

2.1 試驗(yàn)溫度

試驗(yàn)應(yīng)在 10～35 ℃溫度下進(jìn)行，對(duì)溫度要求嚴(yán)格的試驗(yàn)溫度應(yīng)在（23±5）℃。

2.2 試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備

各種類(lèi)型試驗(yàn)機(jī)均可使用，試驗(yàn)機(jī)誤差應(yīng)符合相關(guān)的技術(shù)規(guī)程，基本滿(mǎn)足如下規(guī)定：試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具備調(diào)速指示裝置，試驗(yàn)時(shí)能在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)；試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具備記錄或顯示裝置，能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定力學(xué)性能的要求；試驗(yàn)機(jī)應(yīng)由計(jì)量部門(mén)定期進(jìn)行檢定，試驗(yàn)時(shí)所使用力的范圍應(yīng)在檢定范圍內(nèi)。

試驗(yàn)機(jī)中常用的是液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，其常見(jiàn)故障及處理維護(hù)見(jiàn)表1。

表1 液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的常見(jiàn)故障及處理維護(hù)

2.3 標(biāo)距打點(diǎn)機(jī)

能準(zhǔn)確在試件上打出標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)距，又不會(huì)對(duì)試件造成破壞。

2.4 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

很多液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)結(jié)合試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)軟件，安裝了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，有的實(shí)驗(yàn)室也采用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，采用電子記錄的方式，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖形進(jìn)行自動(dòng)記錄采集。

2.5 試驗(yàn)工具

千分尺、游標(biāo)尺（用來(lái)測(cè)量鋼筋直徑）和鋼板尺。

3 試件取樣

鋼筋應(yīng)該按批進(jìn)行檢查和驗(yàn)收：每批質(zhì)量不大于60 t；每批應(yīng)該由同一牌號(hào)、同一爐罐號(hào)、同一規(guī)格的鋼筋組成。在填寫(xiě)進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)委托單時(shí)，應(yīng)該記錄鋼筋的出廠(chǎng)廠(chǎng)家、出廠(chǎng)合格證號(hào)、鋼筋的進(jìn)場(chǎng)數(shù)量等項(xiàng)目。每批鋼筋的檢驗(yàn)項(xiàng)目和取樣方法應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 每批鋼筋的檢驗(yàn)項(xiàng)目和取樣方法

4 試驗(yàn)步驟

4.1 試樣準(zhǔn)備

拉伸、彎曲試驗(yàn)試樣不允許進(jìn)行車(chē)削加工，按表2規(guī)定，用2個(gè)或一系列等分小沖點(diǎn)打點(diǎn)機(jī)或細(xì)劃標(biāo)出原始標(biāo)距，標(biāo)記不應(yīng)影響試樣斷裂，對(duì)于脆性試樣和小尺寸試樣，建議用快干墨水或涂料標(biāo)出原始標(biāo)距。如平行長(zhǎng)度比原始標(biāo)距長(zhǎng)許多（例如不經(jīng)機(jī)加工試樣），可以標(biāo)出相互重疊的幾組原始標(biāo)記。

4.2 試樣原始橫截面的測(cè)定

帶肋鋼筋的測(cè)量用游標(biāo)卡尺精確到0.1 mm。圓形試樣截面直徑應(yīng)在標(biāo)距的兩端及兩個(gè)相互垂直的方向上各測(cè)一次，取其算術(shù)平均值，選用三處測(cè)得橫截面積中最小值，橫截面積按如下公式計(jì)算：

試樣原始橫截面積測(cè)定的方法準(zhǔn)確度應(yīng)符合《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》（GB/T228－2002）附錄 A－B（標(biāo)準(zhǔn)的附錄）規(guī)定的要求。測(cè)量時(shí)，建議按照表3選用量具或測(cè)量裝置，根據(jù)測(cè)量的試樣原始尺寸計(jì)算原始橫截面積，并至少保留4位有效數(shù)字。

表3 量具或測(cè)量裝置的分辨 （單位：mm）

4.3 試樣原始標(biāo)距的標(biāo)記和測(cè)量

比例試樣原始標(biāo)距的計(jì)算值，對(duì)于短比例試樣，應(yīng)修約到最近5 mm的倍數(shù)，中間數(shù)值向較大一方修約。原始標(biāo)距的標(biāo)記應(yīng)準(zhǔn)確到±1%，測(cè)量尺寸的量具應(yīng)由計(jì)量部門(mén)定期檢定。試樣原始橫截面積的計(jì)算值修約有效數(shù)字，修約的方法應(yīng)依據(jù)《數(shù)值修約規(guī)則》（GB/T 8170－1987）。

4.4 試驗(yàn)操作

（1）將試件上端固定在試驗(yàn)機(jī)上夾具內(nèi)，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)到零點(diǎn)，裝描繪器、紙、筆等（或者打開(kāi)計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集系統(tǒng)，準(zhǔn)備自動(dòng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)圖像）。

（2）開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸，拉伸速度為：屈服前應(yīng)力增加速度為10 MPa/s；屈服后試驗(yàn)機(jī)活動(dòng)夾頭在荷載下移動(dòng)速度不大于 0.5 Lo/min，直至試件拉斷（也可以參考標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)速率），見(jiàn)表4。

（3）測(cè)定屈服強(qiáng)度。呈現(xiàn)明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定測(cè)定上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度或兩者。如未具體規(guī)定，應(yīng)測(cè)定上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度，或只測(cè)定下屈服強(qiáng)度。按照定義采用下列方法測(cè)定上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。

若測(cè)定屈服強(qiáng)度，在試樣平行長(zhǎng)度的屈服期間應(yīng)變速率應(yīng)在0.00025～0.0025 m/s之間，并應(yīng)盡可能保持恒定。如不能直接控制這一速率，則應(yīng)通過(guò)調(diào)節(jié)在屈服開(kāi)始前的應(yīng)力將其固定，直至屈服階段過(guò)后。

屈服強(qiáng)度的記錄方法。圖解方法：試驗(yàn)時(shí)記錄力——延伸曲線(xiàn)或力——位移曲線(xiàn)。從曲線(xiàn)圖讀取力首次下降前的最大力，和不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)屈服階段中的最小力，或屈服平臺(tái)的恒定力，將其分別除以試樣原始橫截面積（S0），得到上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。指針?lè)椒ǎ涸囼?yàn)時(shí)，讀取測(cè)力度盤(pán)指針首次回轉(zhuǎn)前指示的最大力，和不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)屈服階段中指示的最小力，或首次停止轉(zhuǎn)動(dòng)指示的恒定力，將其分別除以試樣原始橫截面積（S0），得到上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。

可以使用自動(dòng)裝置（例如微處理機(jī)等）或自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度，并且可以不繪制拉伸曲線(xiàn)圖。

（4）抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度）的測(cè)定。采用圖解方法或指針?lè)椒y(cè)定抗拉強(qiáng)度。對(duì)于呈現(xiàn)明顯屈服（不連續(xù)屈服）現(xiàn)象的金屬材料，從記錄的力——延伸或力——位移曲線(xiàn)圖，或從測(cè)力度盤(pán)讀取過(guò)了屈服階段之后的最大力，對(duì)于呈現(xiàn)無(wú)明顯屈服（連續(xù)屈服）現(xiàn)象的金屬材料，從記錄的力——延伸或力——位移曲線(xiàn)圖，或從測(cè)力度盤(pán)讀取試驗(yàn)過(guò)程中的最大力。最大力除以試樣原始橫截面積（S0）得到抗拉強(qiáng)度。

可以使用自動(dòng)裝置（例如微處理機(jī)等）或自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定規(guī)定總延伸強(qiáng)度，可以不繪制力——延伸曲線(xiàn)圖。抗拉強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：Rm：鋼筋的抗拉強(qiáng)度，MPa；

Fm：鋼筋承受的極限拉力，N；

S0：鋼筋的橫截面積，mm2。

（5）斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)定。試樣拉斷后，將斷裂部分在斷裂處緊密對(duì)接在一起，盡量使其軸線(xiàn)位于一直線(xiàn)上。如拉斷處形成縫隙，則此縫隙應(yīng)計(jì)入試樣拉斷后的標(biāo)距內(nèi)。

5 結(jié)果評(píng)定

建筑鋼材拉伸試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，既與試樣的材質(zhì)均勻性有關(guān)，又受到取樣、試樣加工以及試驗(yàn)過(guò)程的各種因素的綜合影響。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于建筑鋼材拉伸試驗(yàn)過(guò)程的控制比較隨意，一方面，沒(méi)有精確控制試驗(yàn)過(guò)程所需要的硬件條件，另一方面，找不到合理控制試驗(yàn)過(guò)程的科學(xué)依據(jù)，因此，有必要通過(guò)試驗(yàn)，研究建筑鋼材拉伸試驗(yàn)速度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響規(guī)律，了解其對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響，這對(duì)于提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)試驗(yàn)室質(zhì)量保證能力有著十分重要的意義。

Research on Tensile Test of Construction Steel

Zhou Yongfen

The construction steel is with a wide range and large amounts, and its quality is essential.The construction steel tensile test is an important part of steel test analysis.It can not only test the strength indicators including yield strength and tensile strength of steel, but only detect plastic steel.In this paper, the process and concrete methods of commonly used construction steel tensile test are analyzed.

construction steel; tensile test; method

TG142.15

A

1000－8136（2011）03－0023－02