摘 要:采用引伸計(jì)法與手工法對(duì) HRB600級(jí)鋼筋的最大力總延伸率進(jìn)行測試,分析了兩種不 同的測試方法對(duì)測試結(jié)果的影響,對(duì)手工法測試最大力總延伸率的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。結(jié)果表 明:手工法測試最大力總延伸率的結(jié)果大于引伸計(jì)法測試最大力總延伸率的結(jié)果;測試位置對(duì)手工 法的測試結(jié)果有較大的影響,隨著與斷口的距離逐漸增大,試樣的最大力總延伸率逐漸變小;當(dāng)區(qū) 間的置信概率為95%時(shí),手工法測試最大力總延伸率的不確定度評(píng)定結(jié)果為4%。

關(guān)鍵詞:HRB600級(jí)鋼筋;最大力總延伸率;引伸計(jì)法;手工法;不確定度

中圖分類號(hào):TB31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1001-4012(2023)07-0019-03

最大力總延伸率是反映材料變形能力的重要參 數(shù)之一。GB/T1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第 2部分:熱軋帶肋鋼筋》中規(guī)定:在測試鋼筋的伸長 率時(shí),可在斷后伸長率和最大力總延伸率中任選其 一進(jìn)行測試,當(dāng)進(jìn)行仲裁試驗(yàn)和測試部分牌號(hào)鋼筋 時(shí),應(yīng)測試其最大力總延伸率。最大力總延伸率的 測試方法有兩種,分別是 GB/T228.1—2021《金屬 材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分:室溫試驗(yàn)方法》規(guī)定的引 伸計(jì)法和 GB/T28900—2012《鋼筋混凝土用鋼材 試驗(yàn)方法》規(guī)定的手工法。筆者以 HRB600級(jí)鋼筋 為例,采用上述兩種方法測試鋼筋的最大力總延伸 率。不考慮熱軋帶肋鋼筋自身因素對(duì)測試結(jié)果的影 響,結(jié)合日常檢測時(shí)的實(shí)際情況,對(duì)兩種方法測試最大力總延伸率的結(jié)果進(jìn)行分析,最后通過數(shù)學(xué)模型 推導(dǎo)計(jì)算,對(duì)手工法測試最大力總延伸率的不確定 度進(jìn)行了評(píng)定。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料選用某廠生產(chǎn)的10支 HRB600級(jí)鋼 筋,直徑為25mm,試樣長度為650mm。試驗(yàn)時(shí), 試樣的平行長度約為410mm,以使試樣的斷裂位 置滿足標(biāo)準(zhǔn)要求(與斷口的距離大于50mm,與夾 持端的距離大于25mm)。

試驗(yàn)開始前,使用標(biāo)距打點(diǎn)機(jī)在試樣上標(biāo)記原 始標(biāo)距,標(biāo)記間距為 10 mm。引伸計(jì)的標(biāo) 距 為 100mm。試驗(yàn)時(shí),將引伸計(jì)裝夾在試樣的中間位 置,過了最大力后,將引伸計(jì)卸下;隨后試驗(yàn)機(jī)繼續(xù) 加載,直至試樣完全斷裂。取其中較長一段試樣,用 手工法測試其最大力總延伸率,測試時(shí),原始標(biāo)距為 100mm,計(jì)算方法如式(1)所示。

式中:Agt 為最大力總延伸率;Ag 為最大力塑性延 伸率;Rm 為抗拉強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

表1為采用引伸計(jì)法和手工法測試最大力總延 伸率的結(jié)果,其中手工法獲得的結(jié)果1~3分別為從 距離 斷 口 50 mm 的 位 置 開 始,每 次 距 離 增 加 10mm的測試結(jié)果。由表1可知:采用引伸計(jì)法測 試最大力總延伸率的結(jié)果較為穩(wěn)定,10支試樣的極 差為0.8%,引伸計(jì)在試驗(yàn)時(shí)能夠較好地跟蹤試樣 的變形情況;手工法測試最大力總延伸率的結(jié)果波 動(dòng)較大,結(jié)果1~3的極差都大于1.0%;手工法測 試結(jié)果要大于引伸計(jì)法測試結(jié)果;采用手工法進(jìn)行 測試,與斷口的距離越小,最大力總延伸率的測試結(jié) 果越大[1]。

3 不確定度評(píng)定

為了解最大力總延伸率測試結(jié)果的影響因素, 以手工法的測試結(jié)果1為例,進(jìn)行最大力總延伸率 的不確定度評(píng)定。由測試過程可知,斷后標(biāo)距的殘 余伸長量ΔL 對(duì)測試結(jié)果的影響較大,即斷后標(biāo)距 的殘余伸長量越大,得到的最大力總延伸率越大。 因此,手工法測試最大力總延伸率的不確定度評(píng)定 是以長度因素為基礎(chǔ),結(jié)合原始標(biāo)距的標(biāo)記、量具等 因素進(jìn)行的一項(xiàng)綜合評(píng)定。

3.1 測試不確定度來源分析

環(huán)境溫度、材料自身均勻性、試驗(yàn)人員等因素對(duì) 測試結(jié)果的影響較小,可以忽略不計(jì)[2-3]。結(jié)合手工 法的實(shí)際測試情況,將影響測試結(jié)果的不確定度來 源進(jìn)行總結(jié),結(jié)果如表2所示,其中 A 類指測試引 入的不確定度,B類指設(shè)備等其他因素引入的不確 定度。

3.2 建立數(shù)學(xué)模型

手工法測試最大力總延伸率分為兩個(gè)部分,一 部分是測得最大力塑性延伸率Ag,另一部分是計(jì)算 抗拉強(qiáng)度Rm 與2000的比值。最大力塑性延伸率 Ag 與斷后標(biāo)距的殘余伸長量 ΔL、原始標(biāo)距Lo 有 關(guān),在評(píng)定測試不確定度時(shí),手工法測試最大力總延 伸率的計(jì)算方法如式(2)所示。

3.3 測試結(jié)果

試樣斷裂后,在距離斷口50 mm 的位置,以 100mm的標(biāo)距長度進(jìn)行測試,10支試樣測試結(jié)果 如表 3 所 示,其 中 斷 后 標(biāo) 距 的 算 術(shù) 平 均 值 為 112.752mm,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.346%;最大力總延伸率的算術(shù)平均值為 13.160,相 對(duì) 標(biāo) 準(zhǔn) 偏 差 為 3.086%。

3.4 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

采用手工法測試最大力總延伸率時(shí),測試重復(fù) 性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為0.346%;根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定,試樣上原始標(biāo)距Lo 的標(biāo)記應(yīng)準(zhǔn)確到±1%, 區(qū)間內(nèi)服從均勻分布,則試樣上標(biāo)記原始標(biāo)距引入 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為0.577%;斷后標(biāo)距的殘余 伸長量ΔL 應(yīng)準(zhǔn)確到±0.25mm,10支試樣平均斷 后標(biāo)距的殘余伸長量為12.752mm,服從均勻分布, 則斷后伸長測試引入的不確定度分量為1.1319%; 游標(biāo)卡尺的允許公差為±0.02mm,服從均勻分布,10 支試樣平均斷后標(biāo)距為112.752mm,則游標(biāo)卡尺允 許公差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為0.0102%;按照 YB/T081—2013《冶金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值修約與檢測 數(shù)值的判定》對(duì)最大力總延伸率進(jìn)行修約,修約間隔 為0.1%,服從均勻分布,則測試結(jié)果數(shù)據(jù)修約引入的 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為0.2194%;經(jīng)查閱記錄,抗拉強(qiáng) 度的相對(duì)擴(kuò)展不確定度評(píng)定結(jié)果為1.5%,因此抗拉 強(qiáng)度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為1.5%。

上述各不確定度互不相關(guān),因此相對(duì)合成不確 定度為2.008%。取區(qū)間的置信概率為95%,可得 相對(duì)擴(kuò)展不確定度為4%。

4 綜合分析

采用引伸計(jì)法測試最大力總延伸率,可以較好 地排除外在因素對(duì)測試結(jié)果的影響。隨著試驗(yàn)機(jī)技 術(shù)的進(jìn)步,高精度引伸計(jì)的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。在拉伸力的作用下,試樣會(huì)在最薄弱的地方發(fā)生斷裂, 該處的變形程度最大。引伸計(jì)裝夾在試樣平行長度 的中間位置,當(dāng)試樣斷裂部位沒有在引伸計(jì)標(biāo)距之 內(nèi)時(shí),最大力總延伸率的測試結(jié)果會(huì)偏小;當(dāng)試樣斷 裂位置位于引伸計(jì)標(biāo)距之內(nèi)時(shí),最大力總延伸率的 測試結(jié)果會(huì)偏大。

標(biāo)距打點(diǎn)機(jī)在試樣上標(biāo)記原始標(biāo)距會(huì)引入一部 分誤差,雖然原始標(biāo)距的標(biāo)記滿足不大于±1%的要 求,但是在測試最大力總延伸率時(shí)卻不能忽視該部 分誤差。當(dāng)斷后標(biāo)距處于臨界值時(shí),會(huì)影響對(duì)產(chǎn)品 力學(xué)性能的判定。試樣平行長度內(nèi)變形不均勻,當(dāng) 標(biāo)距剛好位于試樣變形程度較小的區(qū)間時(shí),最大力 總延伸率的測試結(jié)果偏小;當(dāng)標(biāo)距位于試樣變形程 度較大的區(qū)間時(shí),最大力總延伸率的測試結(jié)果偏大。 引伸計(jì)法是測試施加最大力時(shí)引伸計(jì)的伸長量,而 在手工法的測試過程中,試樣存在局部縮頸變形斷 裂階段,使試樣的變形得到完全釋放。測試位置對(duì) 最大力總延伸率的測試結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大影響,在拉 伸力的作用下,試樣斷口處的變形程度最大,隨著與 斷口的距離逐漸增大,試樣變形程度逐漸減小。

5 結(jié)論

(1)對(duì)于最大力總延伸率測試,手工法的測試 結(jié)果大于引伸計(jì)法的測試結(jié)果,測試位置對(duì)手工法 的測試結(jié)果影響較大,隨著與斷口距離的逐漸增大, 測試結(jié)果逐漸變小。

(2)采用手工法測試 HRB600級(jí)鋼筋最大力總 延伸率的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為4%。在日常檢測 中,應(yīng)定期對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行期間核查和檢定校準(zhǔn),使 設(shè)備保持良好狀態(tài),以確保測試結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

參考文獻(xiàn):

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<文章來源>材料與測試網(wǎng)>期刊論文>理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè)>59卷>7期(pp:19-21)>