摘要：影響冷軋扭鋼筋檢測的因素很多，導(dǎo)致許多檢測結(jié)論無效。本文力求從力學(xué)試驗(yàn)全過程入手，全面分析探討改進(jìn)力學(xué)試驗(yàn)準(zhǔn)確性的方法。
　　關(guān)鍵詞：冷軋扭鋼筋，拉伸試驗(yàn)，有效率
　　
　　
　　鑒于冷軋扭鋼筋是一種特殊截面形式的鋼筋品種，根據(jù)其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試樣為非機(jī)加工全截面。雖然產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)拉伸試驗(yàn)方法中對其試樣長度、夾持方法、加荷速度等都有些具體規(guī)定，但是在實(shí)際試驗(yàn)操作過程中由于種種影響因素，使得試驗(yàn)結(jié)果有效率仍偏低，給檢驗(yàn)帶來諸多不便，進(jìn)而也影響其推廣應(yīng)用。本文針對這種情況，從試樣選擇、夾具和夾持方式、加荷速度、標(biāo)距標(biāo)點(diǎn)、測定性能數(shù)值的修約以及如何提高試驗(yàn)有效率等多方面進(jìn)行討論，并對產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)拉伸試驗(yàn)方法中一些提法作進(jìn)一步解釋和完善。其目的是為了提高冷軋扭鋼筋拉伸試驗(yàn)的有效率。
　　一、試驗(yàn)方法中若干問題的討論
　　1試樣尺寸
　　冷軋扭鋼筋采用不經(jīng)機(jī)加工全截面長比例試樣，具體要求如下：
　　1．1原始標(biāo)距L0
　　鑒于冷軋扭鋼筋屬異型截面形式，且規(guī)格趨系列化，故采用長比例標(biāo)距并取整(L0=10d0)。其標(biāo)距長度計(jì)算公式為：
　　L0=10d0=11.3()(1)
　　式中d0為原材料鋼筋公稱直徑；F0為冷軋扭鋼筋試樣原始截面積，一般采用其公稱橫截面面積．也可采用以稱重法實(shí)測橫截面面積。
　　這一公式建立了標(biāo)距與原始截面的比例關(guān)系。例如ΦL6.5冷軋扭鋼筋的原始標(biāo)距為L0=11.3=11.3=61.3mm，取整為70mm。以此類推得到各規(guī)格冷軋扭鋼筋的原始標(biāo)距值及比例列于表l。
　　
　　表1冷扎扭鋼筋原始標(biāo)距計(jì)算值和取用值比例mm

                         
　　標(biāo)距取整的目的是便于標(biāo)點(diǎn)機(jī)的操作。從表l可知，標(biāo)距的長度相當(dāng)于10d0。所以同樣是長比例標(biāo)距，與原材料相比，其標(biāo)距要長大約6％～10％，則冷軋扭鋼筋伸長率測定結(jié)果是偏小的(也即偏于安全的)。因此，采用表l中建議值作為原始標(biāo)距更接近實(shí)際結(jié)果。
　　為了增加試驗(yàn)結(jié)果的有效率，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中建議沿試樣通長打標(biāo)點(diǎn)(標(biāo)點(diǎn)間距為10mm)，使得試樣拉斷后斷口只要在某標(biāo)距范圍內(nèi)(即便在夾頭位置)，且測得伸長率符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，便可以判定為合格品。
　　1．2試樣平行長度和標(biāo)點(diǎn)長度
　　試樣的平行長度Lc宜不小于L0+5d0，即相當(dāng)于1.5倍原始標(biāo)距。
　　例如ΦL6.5試樣的平行長度宜不小于Lc=1.5倍原始標(biāo)距。Lc=1.5×70mm=100mm。而試樣在夾具內(nèi)夾持長度應(yīng)當(dāng)在采用楔形夾具時(shí)應(yīng)不小于夾具長度的3/4。因此，為了有利于試樣在試驗(yàn)機(jī)上的夾持，試樣總長度宜取冷軋扭鋼筋節(jié)距的偶數(shù)倍，具體長度應(yīng)視規(guī)格不同，在滿足上述要求的前提下取其最小偶數(shù)倍，同時(shí)要考慮試驗(yàn)機(jī)操作的方便和一般對試樣長度宜不小于500mm等因素。所以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中提出了試樣長度宜取偶數(shù)倍節(jié)距，且不應(yīng)小于4倍節(jié)距，同時(shí)不小于500mm。這些規(guī)定的目的是為了提高試驗(yàn)結(jié)果的有效率。因此只要保證平行長度和標(biāo)距的前提下，有利于試驗(yàn)有效率提高的長度均可以采用。例如在實(shí)際操作中ΦL14的試樣若不小于4倍節(jié)距取，則試樣長度不小于680mm，在一般試驗(yàn)機(jī)上就難以進(jìn)行試驗(yàn)。
　　2試驗(yàn)條件
　　2．1夾具的夾持方式
　　鑒于目前國內(nèi)絕大多數(shù)試驗(yàn)機(jī)均采用楔型粗牙夾具，是造成冷軋扭鋼筋拉伸試驗(yàn)結(jié)構(gòu)有效率低的一個(gè)主要因素之一。所以建議采用專用細(xì)牙菱形夾具，至少采用細(xì)牙夾具。采用細(xì)牙夾具的好處是可以增加夾持的均勻性。同時(shí)菱形尺寸要根據(jù)規(guī)格不同有所區(qū)別(類似于100kN、300kN、600kN拉力不同的試驗(yàn)機(jī)夾具尺寸)。
　　除了夾具形式外，試樣在夾具內(nèi)夾持方式也是十分重要的。首先宜使試樣螺旋變化的截面位置在試驗(yàn)機(jī)上下夾頭處在同一方向，如圖l所示。與此同時(shí)還要使夾頭的夾持面與試樣接觸面盡可能對稱均勻(這是試驗(yàn)是否獲得成功的關(guān)鍵之一)。
　　
　　
　　                           
　　　　
　　圖1試樣夾持示意圖
　　a----冷扎扭鋼筋b----（上）下夾具
　　
　　
　　2．2試驗(yàn)應(yīng)在室溫10~35℃下進(jìn)行
　　2．3試驗(yàn)加荷速度
　　鑒于冷軋扭鋼筋是屬無明顯屈服點(diǎn)異型鋼筋，因此試驗(yàn)時(shí)加荷速度快慢將直接影響試驗(yàn)結(jié)果。其應(yīng)力速度要低于一般鋼筋的試驗(yàn)速率，宜控制在15/(mm2s-1)以內(nèi)。以保證鋼筋有足夠的塑性變形能耗。一般可采取試樣在彈性階段速率快些。而到屈服時(shí)放慢速率的方法來提高工效。
　　二、試樣的斷口形式
　　冷軋扭鋼筋試樣在拉伸試驗(yàn)過程中從宏觀看是受到軸向拉力作用，對于螺旋狀截面來講則可能是處于復(fù)雜受力狀態(tài)。因此，其破壞形態(tài)(即斷口)也有所不同。由大量試驗(yàn)匯總可分為二類。一類是斷口處縮頸較明顯，斷口截面與鋼筋軸線基本垂直，斷口一端呈杯口狀，表面為典型的塑性變形特征。一般伸長率也較大，能較真實(shí)地反映該材料的塑性性能。另一類是斷口處縮頸不明顯，斷口截面與鋼筋軸線成45°斜角，說明斷口處以剪切為主的受力狀態(tài)(即以扭矩破壞為主)，表現(xiàn)為脆性破壞性狀，則伸長率就較低，不能真實(shí)反映材料拉伸試驗(yàn)時(shí)性能。這種現(xiàn)象斷口大部分發(fā)生在夾具內(nèi)，但也有部分在試樣的有效部位，說明冷軋扭鋼筋拉伸試驗(yàn)的復(fù)雜性。因此，若遇到這類斷口在試樣的有效部位，但試驗(yàn)結(jié)果伸長率達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)最低要求，應(yīng)判定試驗(yàn)無效而補(bǔ)做。
　　三、試驗(yàn)結(jié)果處理
　　根據(jù)《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》(GB/T228-2002)中有關(guān)斷后標(biāo)距L1測量的規(guī)定：如拉斷處到最鄰近標(biāo)距端點(diǎn)的距離大于1/3L0時(shí)則用移位法測量并計(jì)算，但是當(dāng)用直測法求得拉斷后伸長率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最小值時(shí)，則可不用移位法。還有一條很重要的規(guī)定是當(dāng)用移位法測得拉斷后伸長率未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最小值時(shí)，則應(yīng)判定試驗(yàn)無效，需重新補(bǔ)做，而不能判定為不合格。這點(diǎn)對于冷軋扭鋼筋試驗(yàn)結(jié)果處理非常重要。因?yàn)榇蠖鄶?shù)試驗(yàn)結(jié)果的斷口位置往往到最鄰近標(biāo)距端點(diǎn)距離小于1/3L0。因此，對于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)附錄A中A3、2條應(yīng)加以補(bǔ)充為：對于伸長率的測定，當(dāng)斷口位置與夾具口之間距離不大于2d0時(shí)，而測得的斷后伸長率未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小值，則試驗(yàn)結(jié)果無效，應(yīng)補(bǔ)做同樣數(shù)量試樣的試驗(yàn)。這樣就與GB/T228規(guī)定協(xié)調(diào)一致。
　　四、提高試驗(yàn)有效率的探討
　　綜上所述，冷軋扭鋼筋的性能和試驗(yàn)方法以及有效率都受諸多隨機(jī)因素影響，尤其在試驗(yàn)有效率方面的研究始終未中斷。集中起來主要應(yīng)從兩個(gè)方面進(jìn)行。
　　1試樣的形狀和制備
　　產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了冷軋扭鋼筋的試樣為非機(jī)加工全截面長比例試樣。但是由于試驗(yàn)成功率低，建議在試樣形狀和制備方面加以研究。
　　1．1以冷軋扁試樣代替冷軋扭試樣的問題
　　采用冷軋扁試樣來代替冷軋扭試樣，對任意規(guī)格的試驗(yàn)機(jī)來講都可以用平夾頭做試驗(yàn)，且有效率也較高。表2列出二組不同冷加工方式(即一組為冷軋扁，另一組為冷軋扭形式)的有效試驗(yàn)結(jié)果及比較。
　　表2不同冷加工形式材性及比較

                          
　　由表2比較可知，抗拉強(qiáng)度指標(biāo)中兩種冷加工形式相差不大，但伸長率指標(biāo)冷軋扁形式要比冷軋扭形式低20％左右。過去有些地區(qū)采用冷軋扁形式來代替冷軋扭形式作為試樣，以提高試驗(yàn)的有效率，認(rèn)為冷軋扁形式伸長率符合規(guī)定要求，則冷軋扭形式也可滿足要求。但是這種方法的最大問題是冷軋扭鋼筋在現(xiàn)場無法復(fù)檢(即現(xiàn)場無法隨取冷軋扁試樣)，而且兩種形式在混凝土結(jié)構(gòu)中的工作狀態(tài)差別甚遠(yuǎn)。因此，這種代用試樣不能采用。
　　1．2將試樣作局部加工處理
　　較為簡單的加工方法是鉆孔法。即在試樣全長的中間位置的扁平面中鉆一小孔，人為造成此處截面的削弱，使拉伸試驗(yàn)過程在有孔截面處產(chǎn)生較大應(yīng)力集中現(xiàn)象，迫使斷口發(fā)生在有孔截面位置，從而提高了試驗(yàn)的有效率。表3所列是鉆孔法與不鉆孔法兩組試驗(yàn)結(jié)果。

                 
　　從表3結(jié)果可知，鉆孔后雖然截面削弱，但對抗拉強(qiáng)度的影響并不大，三種規(guī)格僅為4.63％、2.03％、2.18％；而對伸長率的影響則較大，降低的幅度達(dá)20.41％、30.28％、21.00％。鑒于試驗(yàn)數(shù)量較少，兩者間的關(guān)系還無法合理科學(xué)地建立。
　　與鉆孔相類似的做法是在試樣長度的中央截面處外邊緣兩側(cè)加工一圓弧缺口，也削弱了截面積，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象，使斷口位置基本就在圓弧缺口截面處，保證了試驗(yàn)的有效率。這種局部削弱截面的方式，雖然使斷口位置能有確定性，但是試驗(yàn)測得性能指標(biāo)，不僅與上述因素有關(guān)，還與圓弧大小相關(guān)。因此，這種局部加工試樣的方法雖然可以保證試驗(yàn)的有效率，但應(yīng)力集中現(xiàn)象僅在某一截面出現(xiàn)，與實(shí)際冷軋扭鋼筋工作時(shí)受力不同。而且試驗(yàn)結(jié)果如何與實(shí)際值建應(yīng)某種關(guān)系也仍無依據(jù)，目前還無法實(shí)施。
　　2冷軋扭鋼筋試樣的改進(jìn)的設(shè)想
　　由上可知，對于上述這種提高試驗(yàn)有效率的做法目前都還存在不少問題，夾具改進(jìn)的難度更大些。因此，設(shè)想足否將冷軋扭鋼筋試樣改為帶頭經(jīng)機(jī)加工試樣。即試樣的兩端夾持長度部位為冷軋扭全截面，而平行長度部位經(jīng)機(jī)加工，使其軋扁的寬度小于原寬度（削弱多少應(yīng)通過試驗(yàn)來確定)，類似于《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》(GB/T228-2002)中棒材試樣，使之提高試驗(yàn)有效率又能真實(shí)表征材料的性能。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　1GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法
　　2JG3046-1998冷軋扭鋼筋
　　3JGJ115-2006冷軋扭鋼筋混凝土構(gòu)件技術(shù)規(guī)程