摘要：热轧带肋钢筋和热轧光圆钢筋的拉伸试验均采用标准GB/T228，新标准GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》，与旧标准相比有了较大的变化，其中在试验速率控制方面，增加了方法A应变速率控制方法，方法A（应变速率控制）和方法B（应力速率控制）中对于不同的参数测定所采用的速率都有明确规定。
关键词：钢筋；力学性能；试验速率；应变速率；应力速率
1前言
热轧带肋钢筋和热轧光圆钢筋（以下简称钢筋）执行的标准是国家强制性标准GB1499.2-2007《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》和GB1499.1-2008《钢筋混凝土用钢第1部分：热轧光圆钢筋》，钢筋的力学性能对于钢筋在混凝土结构中的作用发挥十分重要，钢筋的牌号也是由钢筋的屈服强度特征值所表示，在GB1499.1-2008和GB1499.2-2007标准中钢筋的力学性能包括屈服强度ReL（即下屈服强度）、抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大力总伸长率Agt等，这些力学性能特征值的测定均采用标准GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》。国内外大量试验证明，在进行拉伸试验的过程中，试样的变形速率直接影响试样的结果，尤其是对于屈服强度ReL的测定，对试验速率的大小十分敏感，而且用应变速率控制的检测数据比位移控制速率更稳定。
为了保证试验结果的可比性，GB/T228.1-2010修改采用国际标准ISO6892-1：2009，给出了方法A（应变速率控制）和方法B（应力速率控制）两种控制速率的方法。其中方法A一方面可以减小试验结果的测量不确定度，另一方面增强了试验结果的可比性。这种控制模式也是即将广泛推行的方法。
2应力、应力速率、应变、应变速率、横梁位移速率、负荷速率的理解
有些检测员对于这几个概念混淆不清，尤其是对于应变速率的理解，我们多数使用的设备只能用应力速率（单位MPa/s）进行控制，但标准中部分环节要求使用应变速率（单位s-1）来控制。下面就对这几个常用的概念加以说明。
2.1应力、应力速率
应力是指试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积S0之商，如式（1）所示；应力速率指单位时间应力的增加，如式（2）所示。
R=F/S0 （1）
其中：
R——应力（N/m㎡或MPa）；
F——轴线方向受到的力（N）；
S0——试样横截面积（m㎡）。
R=ΔR/Δt （2）
其中：
R——应力速率（MPa/s）；
ΔR——某一时段应力增加量（MPa）；
Δt——-产生AR所用的时间（s）。
2.2应变、应变速率
应变速率是指用引伸计标距Le测量时单位时间的应变增加值。对于一个单元体来讲，当受到外力的作用时，会产生线应变和角应变（或切应变），我们所说的应变是指线应变，用e表示，线应变和角应变都是无量纲的量，拿线应变来讲，是由某一方向的长度在变形前后的改变量与原长之比，如式（3）所示，线应变以伸长为正，缩短为负。理解了线应变，应变速率就迎刃而解了，如式（4）所示。
e=ΔL/L0 （3）
其中：
e——线应变；
ΔL——某一方向长度的改变量（mm）；
L0——某一方向的原长度（mm）。
2.3横梁位移速率负荷速率
横梁位移速率指单位时间的横梁位移（mm/s），试样拉伸试验过程中，横梁位移速率与应变速率之间的转换如式（5）和式（6）所示。
钢的拉伸试验标准要求应力速率为6～60MPa/s，但有些时候应力速率也不是很直观，转换为负荷速率控制就比较简单直观，由平均应力速率转换推导出负荷速率如式（7）所示；在弹性范围内平均应力速率为R平=ΔF/（Δt•S0），则ΔF/Δt=R平•S0
其中：
3应变速率控制的试验速率（方法A）
当选用方法A时，即应变速率控制，对于试验机的要求很高，要求试验机必须具有自动监测、自动控制功能，能够有效的控制不同时段的试验速率。GB/T228.1-2010中给出了两种不同类型的应变速率控制模式，一种是通过引伸计的反馈来控制的应变速率，另一种是根据平行长度估计的应变速率（即通过控制平行长度与需要的应变速率相乘而得到的横梁位移速率），对于不同的检测项目，标准中给出了相应的试验速率，尤其是对于不连续屈服的材料，应选用根据平行长度部分估计的应变速率来控制。如图1所示。
下面来说说用方法A测定钢筋的力学性能时试验速率的正确选择。根据速率选用图表所示，在测定屈服强度（即下屈服强度ReL）时，标准推荐使用范围2的速率，即0.00020～0.00030s-1，也可选用范围3的速率；在测定抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大力总伸长率Agt时，标准推荐选用范围4的速率，即0.32～0.48min-1，也可选用范围2和范围3的速率，如果仅仅测定抗拉强度时，根据范围3或范围4得到的平行长度估计的应变速率适用于整个试验，这样可以简化整个试验过程。
4应力速率控制的试验速率（方法B）
在选用方法B时，需要试验机既可以控制应力速率，又可以控制应变速率，因为应力速率只使用于方法B中弹性阶段，当我们测量钢筋的抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大力总伸长率Agt时，标准要求使用应变速率。钢筋的弹性模量一般都大于150000MPa，所以在弹性范围和直至上屈服强度，横梁位移速率应保持在6～60MPa/s范围内，在任何情况下，弹性范围内的应力速率不得超过60MPa/s。在测定下屈服强度ReL时，应变速率控制在0.00025～0.0025s-1之间；在测定Rm、A、Agt时，试验速率可以增大到不大于0.008s-1的应变速率。
5小结
在现实中多数实验室依然使用摆动测力的液压试验机，或者是只能控制负荷速率或应力速速的试验机，这就需要我们加快检测设备的更新换代，提高检测仪器的控制精度，尽可能选择具有闭环控制系统的既能控制应力速率也能控制应变速率的试验机；在无法改变设备现状的情况下，可以利用速率间的相互转化，将应变速率等效为相应的横梁位移速率，或者将应力速率转换为负荷速率，从而与标准要求相切合，进而提高试验结果的可比性，提高检测结果的准确度，减小试验结果的测量不确定度。
参考文献
[1]GB1499.2—2007钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋
[2]GB1499.1—2008钢筋混凝土用钢第1部分：热轧光圆钢筋
[3]GB/T228.1—2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法
[4]湛欣.金属拉伸试验速率对屈服强度的影响及其负荷速率的控制[J].温州大学学报，2003（2）：111-112.
论文作者:葛晓红
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/14
标签：速率论文; 应变论文; 应力论文; 钢筋论文; 位移论文; 方法论文; 横梁论文; 《基层建设》2019年第4期论文;