摘 要:采用引伸計法與手工法對 HRB600級鋼筋的最大力總延伸率進行測試,分析了兩種不 同的測試方法對測試結果的影響,對手工法測試最大力總延伸率的不確定度進行了評定。結果表 明:手工法測試最大力總延伸率的結果大于引伸計法測試最大力總延伸率的結果;測試位置對手工 法的測試結果有較大的影響,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;當區(qū) 間的置信概率為95%時,手工法測試最大力總延伸率的不確定度評定結果為4%。
關鍵詞:HRB600級鋼筋;最大力總延伸率;引伸計法;手工法;不確定度
中圖分類號:TB31 文獻標志碼:A 文章編號: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,可在斷后伸長率和最大力總延伸率中任選其 一進行測試,當進行仲裁試驗和測試部分牌號鋼筋 時,應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 第1部分:室溫試驗方法》規(guī)定的引 伸計法和 GB/T28900—2012《鋼筋混凝土用鋼材 試驗方法》規(guī)定的手工法。筆者以 HRB600級鋼筋 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測試結果的影 響,結合日常檢測時的實際情況,對兩種方法測試最大力總延伸率的結果進行分析,最后通過數學模型 推導計算,對手工法測試最大力總延伸率的不確定 度進行了評定。
1 試驗材料與方法
試驗材料選用某廠生產的10支 HRB600級鋼 筋,直徑為25mm,試樣長度為650mm。試驗時, 試樣的平行長度約為410mm,以使試樣的斷裂位 置滿足標準要求(與斷口的距離大于50mm,與夾 持端的距離大于25mm)。
試驗開始前,使用標距打點機在試樣上標記原 始標距,標記間距為 10 mm。引伸計的標 距 為 100mm。試驗時,將引伸計裝夾在試樣的中間位 置,過了最大力后,將引伸計卸下;隨后試驗機繼續(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,原始標距為 100mm,計算方法如式(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 為抗拉強度。
2 試驗結果與分析
表1為采用引伸計法和手工法測試最大力總延 伸率的結果,其中手工法獲得的結果1~3分別為從 距離 斷 口 50 mm 的 位 置 開 始,每 次 距 離 增 加 10mm的測試結果。由表1可知:采用引伸計法測 試最大力總延伸率的結果較為穩(wěn)定,10支試樣的極 差為0.8%,引伸計在試驗時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果波 動較大,結果1~3的極差都大于1.0%;手工法測 試結果要大于引伸計法測試結果;采用手工法進行 測試,與斷口的距離越小,最大力總延伸率的測試結 果越大[1]。
3 不確定度評定
為了解最大力總延伸率測試結果的影響因素, 以手工法的測試結果1為例,進行最大力總延伸率 的不確定度評定。由測試過程可知,斷后標距的殘 余伸長量ΔL 對測試結果的影響較大,即斷后標距 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定 是以長度因素為基礎,結合原始標距的標記、量具等 因素進行的一項綜合評定。
3.1 測試不確定度來源分析
環(huán)境溫度、材料自身均勻性、試驗人員等因素對 測試結果的影響較小,可以忽略不計[2-3]。結合手工 法的實際測試情況,將影響測試結果的不確定度來 源進行總結,結果如表2所示,其中 A 類指測試引 入的不確定度,B類指設備等其他因素引入的不確 定度。
3.2 建立數學模型
手工法測試最大力總延伸率分為兩個部分,一 部分是測得最大力塑性延伸率Ag,另一部分是計算 抗拉強度Rm 與2000的比值。最大力塑性延伸率 Ag 與斷后標距的殘余伸長量 ΔL、原始標距Lo 有 關,在評定測試不確定度時,手工法測試最大力總延 伸率的計算方法如式(2)所示。
3.3 測試結果
試樣斷裂后,在距離斷口50 mm 的位置,以 100mm的標距長度進行測試,10支試樣測試結果 如表 3 所 示,其 中 斷 后 標 距 的 算 術 平 均 值 為 112.752mm,相對標準偏差為0.346%;最大力總延伸率的算術平均值為 13.160,相 對 標 準 偏 差 為 3.086%。
3.4 相對標準不確定度評定
采用手工法測試最大力總延伸率時,測試重復 性引入的標準不確定度分量為0.346%;根據標準 規(guī)定,試樣上原始標距Lo 的標記應準確到±1%, 區(qū)間內服從均勻分布,則試樣上標記原始標距引入 的標準不確定度分量為0.577%;斷后標距的殘余 伸長量ΔL 應準確到±0.25mm,10支試樣平均斷 后標距的殘余伸長量為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 支試樣平均斷后標距為112.752mm,則游標卡尺允 許公差引入的標準不確定度分量為0.0102%;按照 YB/T081—2013《冶金技術標準的數值修約與檢測 數值的判定》對最大力總延伸率進行修約,修約間隔 為0.1%,服從均勻分布,則測試結果數據修約引入的 標準不確定度分量為0.2194%;經查閱記錄,抗拉強 度的相對擴展不確定度評定結果為1.5%,因此抗拉 強度引入的標準不確定度分量為1.5%。
上述各不確定度互不相關,因此相對合成不確 定度為2.008%。取區(qū)間的置信概率為95%,可得 相對擴展不確定度為4%。
4 綜合分析
采用引伸計法測試最大力總延伸率,可以較好 地排除外在因素對測試結果的影響。隨著試驗機技 術的進步,高精度引伸計的應用會越來越廣泛。在拉伸力的作用下,試樣會在最薄弱的地方發(fā)生斷裂, 該處的變形程度最大。引伸計裝夾在試樣平行長度 的中間位置,當試樣斷裂部位沒有在引伸計標距之 內時,最大力總延伸率的測試結果會偏小;當試樣斷 裂位置位于引伸計標距之內時,最大力總延伸率的 測試結果會偏大。
標距打點機在試樣上標記原始標距會引入一部 分誤差,雖然原始標距的標記滿足不大于±1%的要 求,但是在測試最大力總延伸率時卻不能忽視該部 分誤差。當斷后標距處于臨界值時,會影響對產品 力學性能的判定。試樣平行長度內變形不均勻,當 標距剛好位于試樣變形程度較小的區(qū)間時,最大力 總延伸率的測試結果偏小;當標距位于試樣變形程 度較大的區(qū)間時,最大力總延伸率的測試結果偏大。 引伸計法是測試施加最大力時引伸計的伸長量,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 最大力總延伸率的測試結果會產生較大影響,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 結論
(1)對于最大力總延伸率測試,手工法的測試 結果大于引伸計法的測試結果,測試位置對手工法 的測試結果影響較大,隨著與斷口距離的逐漸增大, 測試結果逐漸變小。
(2)采用手工法測試 HRB600級鋼筋最大力總 延伸率的相對擴展不確定度為4%。在日常檢測 中,應定期對試驗設備進行期間核查和檢定校準,使 設備保持良好狀態(tài),以確保測試結果準確、可靠。
參考文獻:
[1] 孫福猛,何榮福,孫澤敏.依據GB/T1499.2—2018標 準的最大力總延伸率驗證試驗[J].理化檢驗(物理分 冊),2022,58(4):16-18.
[2] 趙同新,崔會杰,孫友寶,等.低合金鋼中低含量元素 的定量測試及不確定度評估[J].理化檢驗(物理分 冊),2022,58(11):25-27.
[3] 高怡斐,梁新幫.按照ISO6892-1:2019附錄 G方法 評定彈性模量的測量不確定度[J].理化檢驗(物理分 冊),2021,57(4):1-6.