基于不同速率的热轧带肋钢筋能力验证试验研究

陈 炜

（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建 厦门 361006）

对于检验检测机构试验室的金属材料力学性能检测而言，拉伸性能试验是最为重要的检测项目之一，原因在于其是工程结构力学施工及设计中最为关键的影响因素，故保障其检测质量对于检验检测机构而言十分重要。

1 拉伸能力验证试验概述

通常而言，国家及省级质量监督中心对于各试验室金属材料力学性能的检测质量控制大多通过热轧带肋钢筋拉伸能力验证试验来进行，而热轧带肋钢筋拉伸能力验证试验方案的可靠性对比对结果的可比性、比对结果评判的科学性有着至关重要的影响。《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》（GB/T 228.1—2010）为现行金属材料常温拉伸试验方法标准，其中规定了两种拉伸速率控制方案，即应变速率控制方法（方法A）和应力速率控制方法（方法B）[1]。其中，方法A为仲裁方法，其较方法B测试结果更稳定。但是采用应变速率控制方法对试验机的要求较高，要求试验机应该具有应变测量系统，然而，在许多检验检测机构试验室特别是一些较老的检验检测机构试验室中，由于条件有限，所用设备大多不能满足此要求，不便采用方法A进行试验，故现在各级组织的热轧带肋钢筋拉伸能力验证试验通常会规定可采用两种方法速率并行的能力验证试验方案。

2 拉伸性能试验验证方案

现摘抄2019年度某省级检验检测机构能力验证作业指导书中关于金属材料（钢筋）拉伸试验中试验速率的规定，如下。

（1）速率a：对于普通液压式万能试验机，在弹性阶段应力速率控制在20MPa/s左右，直至屈服结束，油阀不再调节。屈服之后，试验速率参照标准《金属材料拉伸试验 第1部分：室温试验方法》（GB/T 228.1—2010）执行。

（2）速率b：对电液伺服万能试验机或电子万能试验机，在弹性阶段和屈服阶段均采用位移速率3mm/min。屈服之后，试验速率参照标准《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》（GB/T 228.1－2010）执行。

试验结果依据以下规定修约：抗拉强度（Rm）、下屈服强度（ReL）修约到1MPa；断后伸长率（A）修约到0.5%。

3 钢筋拉伸能力验证试验

3.1 试验样品

选择1根外观质量、尺寸合格的牌号为HRB400E、公称直径为16mm的热轧带肋钢筋，截取12根长度约400mm的试样。截取试样时，去除了端头部分并在切割试样时采用冷切割，将12根钢筋随机分为两组，并将其编号为2019GYBD-001～012，然后用标签进行标志，整个能力验证试验过程中保证标志流转连续。

3.2 试验设备

热轧带肋钢筋拉伸试验使用钢筋标距仪进行原始标距标志，用精度为0.02mm游标卡尺测量断后标距，试样平行长度采用精度1mm钢直尺进行测量，试验过程用SHT4605G微机控制电液伺服万能试验机进行控制，试验机最大负荷为600kN，设备精度为1级。

试验前，对所有仪器设备检校有效期、使用精度、使用性能进行核查。经核查，该次试验所用仪器设备均在检校有效期内，所用设备的使用精度、使用性能皆满足要求。

3.3 试验过程及注意事项

（1）试验过程。①核查试验用热轧带肋钢筋试样，其外观无锈蚀、无损伤，标志清晰可见，待测试样外观质量满足要求[2]；试验开始前1h提前开启试验室内空调，设定空调温度为23℃，核查并记录试验室环境温度，实测能力验证试验过程中环境温度为21.0～23.5℃，满足（23±5）℃的要求。②使用钢筋标距仪对待测热轧带肋钢筋样品平行长度段进行原始标距标记，标记间隔为10mm。标记完毕，对所有试样原始标距进行测量，其测量结果都满足要求，原始标距偏差在±0.1mm以内。将待测钢筋试样分成两组进行试验，其中试样编号001～006号样品用速率a进行试验，试样编号007～012号样品用速率b进行试验。③试验前应编辑试验控制方案，首先应将应变速率换算为更加直观的横梁分离位移速率，即将平行长度（即钳口间距离）乘以应变速率。试夹持一根钢筋试样，用钢直尺测量钳口间距。经测量，该次试验试样的平行长度约260mm。④经计算，速率a试验控制方案编辑如下：下屈服强度ReL，设定应力速率为20MPa/s；抗拉强度Rm、断后伸长率A的测定，采用推荐速率0.0067s-1，换算为横梁分离位移速率为1.742mm/s。⑤对于速率b不同试验阶段钳口分离速率设为：下屈服强度ReL的测定，横梁分离位移速率为3mm/min；抗拉强度Rm、断后伸长率A的测定，换算横梁分离位移速率1.742mm/s。⑥按以上两种试验速率，对待测钢筋样品分别进行拉伸试验，测得下屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等试验结果数据并实时进行记录。

（2）试验过程其他注意事项。试验操作过程由同一试验人员完成。试验加载链装配完成后，钢筋试样两端被夹持前，应先设定力测量系统的零点；每根试样试验结束后，应同步记录试验结果数据并核查曲线上下屈服点的读取是否正确；在测试断后伸长率时，应将试样尽量保持平直，断裂位置应紧密接触。为避免试样断裂位置不符合标准规定的条件而报废试样，可采用移位法测定断后伸长率。

4 试验结果汇总及分析

4.1 试验数据汇总

该次能力验证试验下屈服强度及抗拉强度修约至1MPa，断后伸长率修约至0.5%。热轧带肋钢筋两种拉伸试验速率控制方法的试验计算结果汇总统计数据如表1所示。

表1 热轧带肋钢筋拉伸能力验证试验计算结果数据汇总

4.2 试验结果分析

对于该次比对试样用热轧带肋钢筋，采用速率a测得的下屈服强度结果较采用速率b偏大，偏差为1.4%，而两组试样试验结果的变异系数均值为0.3%，其偏差为变异系数的4.6倍，远超出置信区间3倍范围；对于抗拉强度，速率a和速率b所测得的结果基本一致，偏差为0%；速率a测得的断后伸长率结果较速率b则明显偏小，偏差为5.2%，而两组试样试验结果的变异系数均值为1.1%，其偏差为变异系数的4.7倍，远超出置信区间3倍范围。

结合能力验证试验过程典型曲线分析，可以发现按速率a进行试验，从试验开始到屈服结束，试样拉伸时间为30～40s，而按速率a进行试验，从试验开始到屈服结束，试样拉伸时间约5min；两种试验速率在试样弹性阶段拉伸时间相差较大，速率a在弹性阶段测试时间较速率b短，测试速度快，因此增大了荷载的瞬时效应，屈服强度较速率b偏高，同时由于速率b在弹性段加载时间较长，使材料塑性变形更为完全，则断后伸长率较速率a明显增大。

基于上述分析可知：

（1）在同一试验室、同一环境、相同仪器设备、同一人员操作条件下，采用同一能力验证试验方案中的两种不同加载速率，速率a和速率b试验结果中抗拉强度测试结果基本一致。

（2）速率a中下屈服强度测试结果比速率b明显偏大，且已经超过试验室允许偏差范围内；而速率a断后伸长率测试结果比速率b明显偏小，已经远远超出试验室允许偏差范围。

可见若能力验证试验采用此方案，两种不同试验速率会带来较大的偏差，影响能力验证试验结果的评判，使能力验证试验不能真正反映试验室在金属材料拉伸性能测试上能力的差异，应对能力验证方案中两种速率的规定进行改进。

5 结束语

热轧带肋钢筋的拉伸能力验证试验是检验检测机构试验室间相对常规的一种对试验室力学性能检测质量控制的手段，现行金属室温试验拉伸方法《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》（GB/T 228.1—2010）中规定可采用应变速率和应力速率控制两种方法，然而在不同速率条件下，两种方法所测得的热轧带肋钢筋拉伸试验结果中下屈服强度、断后伸长率会存在不一致的情况。

在能力验证试验组织机构策划能力验证试验方案时，为满足能力验证方案的科学性、严谨性，能力验证试验组织机构应充分考虑到两种速率方案对能力验证结果的影响。建议能力验证试验组织机构应事先进行两种速率方案间的比对试验，可采用多种不同的应变速率控制方式进行测试分析，以确认合适的、可比较的应力速率及其相对应的应变速率控制方案。以此来编制能力验证试验方案，可以避免不同试验速率方案导致能力验证试验结果不具备可比性从而导致能力验证试验报告出现无效的情况，可以更加客观公正地反映检验检测机构试验室钢筋拉伸性能能力情况。