淺析熱軋帶肋鋼筋疲勞試驗(yàn)方法使用原因及其意義

張 功 甘 浩

（湘潭市產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，湖南 湘潭 411201）

熱軋帶肋鋼筋是鋼筋混凝土用領(lǐng)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(lái)，我國(guó)鋼筋產(chǎn)量居高不下，但產(chǎn)能過(guò)剩，應(yīng)用的鋼筋普通強(qiáng)度普遍較低，其中HRB335占比高達(dá)60%，HRB400占比30%，HRB500占比不到10%，再加上節(jié)能減排的要求給企業(yè)環(huán)保壓力的加大，自2012年10月，五個(gè)鋼鐵工業(yè)大氣污染排放國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB28662-GB28666開(kāi)始實(shí)施，相繼2013年2月環(huán)保部要求京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等重點(diǎn)控制區(qū)鋼鐵工業(yè)實(shí)施特別排放標(biāo)準(zhǔn)，2017年、2018年、2019年都有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定排放限值要求，熱軋帶肋鋼筋升級(jí)換代是勢(shì)在必行。 隨著標(biāo)準(zhǔn)GB／T1499.2-2018的實(shí)行，取消335MPa級(jí)鋼筋，增加600MPa級(jí)鋼筋，HRB400、HRB500占據(jù)市場(chǎng)更多的使用比例，鋼筋生產(chǎn)工藝要求相繼提高，相應(yīng)的檢驗(yàn)檢測(cè)要求進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB／T1499.2-2018的要求“鋼筋疲勞試驗(yàn)的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法應(yīng)按照GB／T28900的規(guī)定”，即采用GB／T28900-2012第8章軸向疲勞試驗(yàn)方法，相較于GB／T1499.2老標(biāo)準(zhǔn)，增加了鋼筋疲勞試驗(yàn)方法的規(guī)定是對(duì)熱軋帶肋鋼筋檢驗(yàn)方法的一種補(bǔ)充和完善，同時(shí)促進(jìn)了熱軋帶肋鋼筋檢驗(yàn)技術(shù)水準(zhǔn)的提升。

1 加入疲勞試驗(yàn)方法的原因

1.1 抗震要求與鋼筋疲勞的關(guān)系

標(biāo)準(zhǔn)GB／T1499.2-2018中增加帶E鋼筋牌號(hào)，即抗震鋼筋。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定抗震鋼筋實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度與實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度之比不小于1.25，從屈服階段到拉斷階段，抗震鋼筋應(yīng)還能承受25%以上的拉力；抗震鋼筋實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度之比不大于1.30，抗震鋼筋屈服強(qiáng)度離散性不能過(guò)大，將其控制在一定范圍內(nèi)，以致受力鋼筋性能比較均勻的承受拉應(yīng)力；鋼筋的最大力總伸長(zhǎng)率不小于9%，在鋼筋承受拉應(yīng)力過(guò)程中，所有受力部位都在發(fā)生變形，而非僅僅在緊縮區(qū)附近的延伸。抗震鋼筋的三個(gè)重要指標(biāo)抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、最大力下總延伸率，都是在軸向拉伸試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且靜態(tài)力學(xué)性質(zhì)研究比較透徹，用軸向加載方式進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，體現(xiàn)出屈服強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度之間的關(guān)系，在其他條件相同的情況下，鋼筋屈服強(qiáng)度越高，屈服應(yīng)變?cè)酱螅谕瓿赏晃灰品导虞d時(shí)，屈服強(qiáng)度越高的鋼筋產(chǎn)生的塑性應(yīng)變?cè)叫。捎阡摻钍芾蚴軌好恳谎h(huán)圈的疲勞損傷指數(shù)與塑性應(yīng)變幅的n次方成正比，因此鋼筋屈服強(qiáng)度越高，受拉或受壓每一循環(huán)圈的疲勞損傷指數(shù)越小，鋼筋循環(huán)圈數(shù)越多。

1.2 鋼筋混凝土受力特性與鋼筋疲勞的關(guān)系

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土和鋼筋兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合而成，混凝土具有很強(qiáng)的抗壓性能，但抗拉性能很低，素混凝土梁中，往往受拉區(qū)混凝土已經(jīng)破壞，而受壓區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度還未被充分利用，其受力分析圖見(jiàn)圖1。鋼筋具有強(qiáng)度較高的抗拉強(qiáng)度，兩種材料結(jié)合后，共同抵抗外力作用，充分發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度較高和鋼筋抗拉強(qiáng)度較高的特性，其受力分析圖見(jiàn)圖2。熱軋帶肋鋼筋基本上都配置在混凝土梁、板受拉區(qū)，是主要的受拉構(gòu)件。在鋼筋疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，交變荷載作用下，軸向疲勞加載試驗(yàn)方法更貼近鋼筋在混凝土中實(shí)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(chǎn)工藝與鋼筋疲勞的關(guān)系

標(biāo)準(zhǔn)GB／T1499.2-2018中金相組織規(guī)定， “金相組織應(yīng)主要是鐵素體加珠光體，基圓上不應(yīng)出現(xiàn)回火馬氏體組織”。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，存在小廠生產(chǎn)的鋼筋或者大廠靠“穿水”工藝強(qiáng)行提高屈服強(qiáng)度。雖然這樣鋼筋屈服強(qiáng)度能夠達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，也減少添加合金元素等工藝成本，但穿水破壞在高溫狀態(tài)下鋼筋表面產(chǎn)生氧化膜，鋼筋更容易生銹，強(qiáng)度也容易衰竭，使鋼筋表面產(chǎn)生裂紋，也大大降低了鋼筋的疲勞性能。從圖3可見(jiàn)，回火馬氏體的組織形態(tài)一般是針片狀，其具有高強(qiáng)度高硬度，但韌性很差，其特點(diǎn)硬而脆。在受軸向力交變荷載作用下，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不一樣導(dǎo)致強(qiáng)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(chǎn)生應(yīng)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(jīng)過(guò)應(yīng)力多次交變后，使滑移形成的裂源擴(kuò)展成微觀裂紋。

圖3 回火馬氏體組織.放大倍數(shù)500×

2 疲勞試驗(yàn)方法的確定對(duì)熱軋帶肋鋼筋研究的重要意義

鋼筋疲勞試驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)，考慮到生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性以及提升企業(yè)生產(chǎn)效率，在新標(biāo)準(zhǔn)中明確對(duì)鋼筋疲勞試驗(yàn)僅在型式檢驗(yàn)中進(jìn)行，在原材料、生產(chǎn)工藝、設(shè)備有重大變化及新產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)都需要進(jìn)行檢驗(yàn)，或者根據(jù)需方要求進(jìn)行檢驗(yàn)。然而，熱軋帶肋鋼筋應(yīng)用范圍廣泛，房屋建筑、鐵路、公路、橋梁、海港等各種工程結(jié)構(gòu)中，特別是高層、大跨度、抗震等建筑結(jié)構(gòu)遍地都是，其疲勞損傷帶來(lái)的破壞力是不能忽視的。

隨著科技發(fā)展，技術(shù)要求也越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)于不同的要求而言，檢驗(yàn)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(yàn)劃分為軸向加載疲勞試驗(yàn)、彎曲疲勞試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)、復(fù)合應(yīng)力疲勞試驗(yàn)等，標(biāo)準(zhǔn)GB／T1499.2-2018要求采用軸向疲勞試驗(yàn)方法，一來(lái)是軸向加載疲勞是國(guó)內(nèi)外進(jìn)行疲勞機(jī)理研究的主要方法，檢驗(yàn)手段和研究成果相對(duì)成熟；其次基于靜態(tài)力學(xué)性質(zhì)研究比較透徹，通過(guò)與靜態(tài)力學(xué)性質(zhì)關(guān)聯(lián)性比對(duì)，能更好的深入研究鋼筋疲勞性能。

3 結(jié)語(yǔ)

標(biāo)準(zhǔn)GB／T1499.2-2018中明確了熱軋帶肋鋼筋疲勞試驗(yàn)的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法，對(duì)企業(yè)和檢驗(yàn)單位在技術(shù)要求上進(jìn)行協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，并對(duì)熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)，有條不紊的保障鋼筋生產(chǎn)質(zhì)量水平。