預應力混凝士用鋼棒最大力總伸長率的測試研究

摘要：從測量操作和反映材料變形行為的角度對比了預應力混疑土用鋼棒的兩種延性指標——斷后伸長率和最大力總伸長率，井通過試驗分析了引伸計測量和A-r測量兩種方法度引伸計長度對測量最大力總伸長率的影響，提出了準確測量預應力混凝土用鋼棒最大力總仲長率的建議。

關鍵詞；最大力總伸長率

預應力混凝土用鋼捧

中圖分類號：TB30 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)02(b)-0050-02

預應力混凝土用鋼棒的廷性性能對預應力構件的整體性能具有較大影響，準確有效的評價預應力鋼棒的延性性能十分重要。目前各生產廠對預應力鋼棒的延性主要采用斷后伸長率(標距為公稱直徑的8倍)評價，該指標是沿襲日本產品標準而來，不僅與我國其他棒線材產品評價指標不一致，而且斷后伸長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，能夠表征鋼棒全長塑性變形能力的最大力總伸長率這一指標愈來愈受到重視，近來已成為產品認定中的重要指標。然而，由于檢測習慣和技術水平等原因，很多鋼棒生產廠家沒有將最大力總伸長率列為日常檢測指標，甚至尚不能夠準確測量。對此，本文對比了多種預應力鋼棒的兩類延性指標，并分析了最大力總伸長率在檢測操作中的影響因素，提出了準確測量該指標的建議。

1實驗材料與研究方法

測量Agt的常用方法有使用引伸計采集數據的方法和不使用引伸計的人工測量法，前者的精確度較高，但目前在眾多鋼鐵生產企業中應用得不夠廣泛。本文對多種試驗分別采用兩種檢測方法進行對比，得到人工測量法的誤差范圍，提出是否推薦人工測量法。

此外，對于引伸計法測量A(m_gt)操作中所使用的引伸計，其長度對測量結果的影響也進行了對比試驗。同時夾持100mm、200mm兩個引伸計(如圖1所示)。其中，100mm引伸計采集的數據由試驗機自動記錄、分析并得出Aguoo值，200mm引伸計的數據由人工在線讀出。以2ram/min的速度拉伸試樣，觀察拉力達到最大值時，人工判讀200mm引伸計，得到A(m_gt200)值，然后摘下西個引伸計，同時繼續拉伸直至試樣拉斷。(如圖1)

2結果及分析

2.1A與Agt的選擇

GB/T228-2002對兩個延性指標作出了明確規定：斷后伸長率A是指斷后標距的殘余伸長與原始標距之比的百分率；最大力總伸長率Agt是指最大力時原始標距的伸長與原始標距之比的百分率(如圖2所示)。以往A通常以非比例試樣形式檢測，即對多種規格的試樣標距一律為固定值，但是由于試樣規格對頸縮處變形量有明顯影響，因此，目前多采用比例試樣，且一般原始標距為5.65√S疋(S為平行長度的原始橫截面積)，基本能夠科學地反映材料在斷口處的變形程度。(如圖2)

然而，斷后伸長率僅能表現斷口處的變形程度，但是包括彈性變形在內的、在發生頸縮之前、整個試樣的塑性變形程度則未充分反映。對于建筑鋼筋，當建筑物在地震等災害中破壞，鋼筋在頸縮之前的伸長情況是有效的延性表現，出現頸縮之后則其承載力急劇下降，該階段的延性對結構的支撐已無意義。而最大力下總伸長率Agt表現的是力值達到最大時的總變形，發生在鋼材變形集中于局部之前，接近“均勻伸長率”的意思。對此，中國建筑科學研究院和鄭州大學的研究者也有一致的觀點。因此，對于高強PC鋼棒，最大力總伸長率Agt對評價其延性性能更具有實際意義。

而且，對斷后伸長率A的測量存在兩個方面的系統誤差：需要將試樣拉斷，然后把兩段試樣拼合在一起。但是在試驗中，往往斷口形狀復雜，不能做到完全將兩段拼接在一起，中間的縫隙則被計入伸長的部分，對于不同的試樣，接縫大小必定存在差異。此外，若不采用標距儀在試樣上畫/刻出距離較小的標記，而是用筆標出標距長度，則斷口一般不發生在標距正中間，斷口附近變形在標距內分布不均，就又會出現一種系統誤差。

在操作上，對斷后伸長率A的測量比較簡單，而對最大力總伸長率Agt的測量相對復雜，若要用到引伸計，則對操作人員熟練程度要求較高，否則易發生引伸計破壞。

綜上所述，斷后伸長率A僅適于表現斷口附近變形程度，不能反映鋼棒整體的變形，并且存在系統誤差；最大力總伸長率Agt對評價PC鋼棒的延性性能更具有實際意義，但操作相對復雜。建議選擇最大力下總伸長率Agt為評價高強PC鋼棒延性性能的最主要指標。

2.2對Agt人工測量方法的誤差研究

GB/T228-2002和IS010606中都規定可以人工地測定Agt。具體方法如下：

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

A(m_m)=[(L-Lo)/L-Rm/E]×100

(1)本試驗取標距為100mm，對多種預應力混凝土用鋼棒的測試結果如圖3所示。其中，“人I-Agtso”和“人A(m_g12d)”分別表示采用人工測量法的測量段(標距)與斷口相距50ram和2倍鋼棒直徑。(如圖3)

經計算，圖3中人工鍘量值與引伸計測量值相比平均偏差為0.45％。現行PC鋼棒國家標準中規定產品的A。不小于3.5％，工藝試驗中鋼棒的A。多在3.5～5.5％之間，而人工測量的偏差為O.45％，約為A(m_gt)總數值的8-13％。可見，人工測量法的結果與較精確的引伸計采集數據結果相比存在較大誤差。

分析誤差出現的原因：一部分在于手工畫標距或用標距儀刻標記時，標記長度不準確，這是無法避免的——以本試驗的100ram標距為例，用筆每隔5mm或10ram描點。試驗人員在一支試樣上需要描畫很多點，重復勞動之下準確度存疑，而且一般筆畫寬度本身就占約lmm，而拉伸完畢后標距段伸長量基本僅為3～5mm，僅筆畫寬度就帶來了較大誤差，與GB/T 228中規定的“原始標距的標記應準確到±1％”也相去甚遠。打點式標距儀同樣存在類似的問題，在沖擊下試樣容易夾持不穩造成移動，導致標記長度誤差。

此外，圖3還顯示出“人工A(m_gtso)”全部低于“人工A(m_g12d)。”的現象，證明測量段與斷口的距離明顯影響著測試結果。這是由于預應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)。因此建議人工測量時保證足夠的試樣長度，且測量段盡量遠離斷口。

2.3引伸計長度對測量Agt結果的影響

Agt200值略大于AgtlOO值，平均差為O.175.％，可視為近似相等。當最大力出現平臺，應取平臺中點處的伸長率作為A。試驗機也據此自動測量。由于人工判讀需先判斷是否已出現最大力平臺，使判讀往往遲后于試驗機的自動測量，因此A(m_gt200)值略大于A(m_gt100)值。如果完全采用自動測量，A(m_gt200)值將更靠近A(m_gt100)值。因此，引伸計長度對測量結果影響不大，較長的引伸計(女200mm)有利于測量的精確度，但是在條件不允許的時候，使用100mm等長度的引伸計亦可。

在測量試驗中還得到以下操作經驗：準確測量A。應使用引伸計，由于PC棒有一定頸縮量，時間上允許在達到最大力之后再摘掉引伸計，而不會因試樣拉斷將引伸計崩壞；除注意引伸計的使用，還需適當選擇拉伸速度。拉伸速度過快，則測量的強度值偏高，伸長率偏低，對于本試驗，拉伸速度過快還會導致來不及摘除引伸計。

3結論

(1)斷后伸長率A僅適于表現斷口附近變形程度，不能反映鋼棒整體的變形.并且存在系統誤差；最大力總伸長率Agt對評價PC鋼棒的延性性能更具有實際意義，但操作相對復雜。最終選擇最大力總伸長率Agt為評價高強PC鋼棒延性性能的最主要指標。

(2)人工測量法的測量段應盡量遠離斷口。

(3)人工測量法在實際操作中易出現較大誤差，其結果與較精確的引伸計采集數據結果相比存在一定誤差，根據本試驗數據統計，平均偏差為0.45％，該偏差較大，因此推薦使用引伸計測量Agt。

(4)引伸計長度對Agt測量的結果無明顯影晌。

參考文獻

[1]徐有鄰.我國混凝土結構用鋼筋的現狀及發展.土木工程學報1999，132(5)：3～9.

[2]管品武，劉立新，張達勇.關于鋼筋材料延性指標的探討.建筑結構，2006.36(7)：53～56.

[3]陳彪，肖玲玲.基于突變理論的鋼筋混凝土結構施工質量評價模型.科技創新導報，2010(22).

[4]陳平.大跨度鋼筋混凝土結構設計方案比選.科技創新導報，2011(1).