淺談鋼絞線等溫松弛試驗新方法的認識

朱清偉

（山西省公路局 晉城分局試驗室，山西 晉城 048026）

1 新舊試驗方法操作對比

1.1 GB/T10120—1996《金屬應力松弛試驗方法》（以下簡稱舊標準）

舊標準方法描述如下：試驗溫度為20±2℃，試樣應置于試驗環境中足夠的時間，確認達到溫度平衡后施加初始試驗力；初始試驗力為鋼絞線公稱最大力的60%、70%或80%；在3～5 min內均勻地施加全部初始試驗力；在加力過程中不應超過初始試驗力；初始試驗力保持時間為1 min；松弛率按式R(%)=（F0-Fr）/F0×100進行計算；可以采用試驗數據的線性回歸方法對試驗數據進行推算，推算1000 h的應力松弛性能時，建議最短試驗時間不少于100 h。

1.2 GB/T5224—2014《預應力混凝土用鋼絞線》

鋼絞線松弛試驗按照GB/T21839—2008《預應力混凝土用鋼材試驗方法》（以下簡稱新標準）進行，方法描述如下：試驗溫度為20±2℃；在試驗前，試樣應至少在松弛試驗室內放置24 h；在整個試驗過程中，力的施加應平穩，前20%F0可按需要加載。從20%F0～80%F0應連續加載或者分為3個或多個均勻階段，或以均勻的速率加載，并在6 min內完成。當達到80%F0后，80%F0～100%F0的過程應連續加載，并在2 min內完成；當達到初始載荷F0時，力值應在2 min內保持恒定，2 min后，應立即建立并記錄t0；初始試驗力要求如無特殊要求只進行初始力為70%實際最大力Fmax的松弛試驗；在加力過程中不應超過初始試驗力（初始試驗力小于等于1000 kN）的±1%；試驗時間不少于120 h；外推1000 h 的公式為：logρ=Alogt+B。

由上述方法可知：a）加載時間由原來的3～5 min，變為從20%理論初始載荷到100%理論初始載荷，分段進行，每段2 min，8 min完成，可見對加載過程的勻速加載更加重視，而在舊標準中規定在3～5 min內均勻地施加全部初始試驗力，其實按照舊標準試驗時在施加初始載荷時并不能保證均勻，而是在開始的1～2 min內荷載增長快，逐漸趨于平緩，而利用新標準進行分段均勻加載是保證后續松弛試驗過程的客觀性和試驗結果可比對的重要基礎。

b）新標準的持荷時間由原來的1 min提高到了2 min，持荷時間內，正是錨具跟進后蠕變發展的過程，持荷時間過短，會使得錨具跟進變化被看做鋼絞線松弛變化，持荷2 min，錨具跟進變化的大部分已經完成，對后續鋼絞線松弛試驗的影響明顯減小。

c）在舊標準中加力過程不應超過初始試驗力，不好進行控制，因為在持荷過程中是通過變頻器或伺服電機來進行控制。而新標準中正是解決了這一不合理的規定，在加力過程中不應超過初始試驗力（初始試驗力小于等于1000 kN）的±1%，這樣更加合理和真實地記錄了初始試驗力。

d）初始載荷由原來的公稱最大拉力的70%，變為實際最大拉力的70%，試驗初始載荷有所提高，對于鋼絞線松弛特性優劣（依松弛率）判斷更加客觀，從另一方面講，對實驗載荷條件提出了更加嚴格的要求。

2 新標準結果的合理性判斷

a）新標準最為重大的變化是，將描述鋼絞線松弛過程的曲線坐標由原來的“力值-時間對數”，變為“松弛率對數-時間對數”坐標，其線性回歸處理在“松弛率對數-時間對數”坐標系里，大量試驗證明其線性關系反應在試驗開始后的約2 h，采用新標準的“松弛率對數-時間對數”坐標進行處理數據時，發現約2 h前的數據并不成線性關系，可以理解為2 h前，鋼絞線松弛以及錨具跟進變化等各項原因造成了在新坐標系中的曲線不為直線，直到2 h左右以后，依此段到120 h的試驗數據進行直線線性回歸，進一步外推1000 h，發現其結果更加接近真正1000 h試驗的結果（此處可采取線性回歸相關系數指標，進一步通過統計原理確認雙對數坐標曲線擬合結論準確），本試驗室使用北京科瑞思創測控科技有限公司開發的預應力鋼材的松弛試驗軟件采集1000 h，松弛結果見表1。

表1 1000 h鋼絞線松弛實測值

表2 數據推算列表

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據至120 h來推算1000 h松弛率。

d）在舊標準的坐標系里，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）結論：（a）如果將2 h前的數據參與計算時，見表2，違背了新標準的線性回歸要求，且數據明顯與真實值偏離，同時可見約2 h以后的曲線直線特性十分突出，線性擬合后，擬合曲線與試驗曲線十分吻合，外推結果更加客觀可信。

（b）舊標準采用的外推公式及計算結果方法有可能會發生結果的誤判現象，這將給工程留下質量隱患。

（c）舊標準的數據處理方式與方法已經不適用，使用新標準時并不能簡單地修改加荷、持荷時間就認為滿足標準要求，更主要的是必須更改數據處理系統來完成與新標準的對接。

3 新標準中關于應變測量的認識

新標準對于試驗裝置反力結構剛度有了清晰的描述，給出了反力結構變形長度測量及曲線記錄要求，雖然此應變變化可等同反映在鋼絞線試件上，但該測量引伸計不能采用常規機械式，機械式引伸計長時間測量其穩定性不能保證，必須采用光學引伸計，以反力結構總長度測量最為準確反映應變變化情況。

4 結語

預應力鋼絲、鋼棒及鋼絞線的應力松弛試驗是一項關乎建筑物安全的十分重要的試驗。其試驗方法也隨著技術進步以及標準更新，一步步完善，試驗數據及試驗結果更加準確客觀。縱觀鋼絞線松弛試驗標準近20年的發展，試驗時間、加載時間、持荷時間的規定均有所變化，描述松弛過程的曲線坐標從“力值-時間對數”，改變為“松弛率對數-時間對數”坐標，松弛過程的特征值同樣也發生了很大變化。可以說松弛試驗從加載控制到試驗數據處理全面更新，按照新標準規定，試驗數據外推結果更加接近真實情況，有效減少誤判發生。

試驗時間由10 h，到100 h，再到120 h，直接增加了試驗數據積累總量，對于相同的外推1000 h松弛率而言，線性回歸直線更加仿真，外推結果的真實性在時間對數坐標軸上可見10～100 h是成倍提高的，達到120 h則更加有所保證。