浅析热轧带肋钢筋疲劳试验方法使用原因及其意义

张 功 甘 浩

（湘潭市产商品质量监督检验所，湖南 湘潭 411201）

热轧带肋钢筋是钢筋混凝土用领域非常重要的建筑材料，广泛用于房屋、桥梁、道路等土建工程。近些年来，我国钢筋产量居高不下，但产能过剩，应用的钢筋普通强度普遍较低，其中HRB335占比高达60%，HRB400占比30%，HRB500占比不到10%，再加上节能减排的要求给企业环保压力的加大，自2012年10月，五个钢铁工业大气污染排放国家标准GB28662-GB28666开始实施，相继2013年2月环保部要求京津冀、长三角、珠三角等重点控制区钢铁工业实施特别排放标准，2017年、2018年、2019年都有相关标准规定排放限值要求，热轧带肋钢筋升级换代是势在必行。 随着标准GB／T1499.2-2018的实行，取消335MPa级钢筋，增加600MPa级钢筋，HRB400、HRB500占据市场更多的使用比例，钢筋生产工艺要求相继提高，相应的检验检测要求进行改进。根据标准GB／T1499.2-2018的要求“钢筋疲劳试验的技术要求和试验方法应按照GB／T28900的规定”，即采用GB／T28900-2012第8章轴向疲劳试验方法，相较于GB／T1499.2老标准，增加了钢筋疲劳试验方法的规定是对热轧带肋钢筋检验方法的一种补充和完善，同时促进了热轧带肋钢筋检验技术水准的提升。

1 加入疲劳试验方法的原因

1.1 抗震要求与钢筋疲劳的关系

标准GB／T1499.2-2018中增加带E钢筋牌号，即抗震钢筋。标准中规定抗震钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25，从屈服阶段到拉断阶段，抗震钢筋应还能承受25%以上的拉力；抗震钢筋实测屈服强度与标准屈服强度之比不大于1.30，抗震钢筋屈服强度离散性不能过大，将其控制在一定范围内，以致受力钢筋性能比较均匀的承受拉应力；钢筋的最大力总伸长率不小于9%，在钢筋承受拉应力过程中，所有受力部位都在发生变形，而非仅仅在紧缩区附近的延伸。抗震钢筋的三个重要指标抗拉强度、屈服强度、最大力下总延伸率，都是在轴向拉伸试验基础上进行试验获取的相关数据，并且静态力学性质研究比较透彻，用轴向加载方式进行疲劳试验，体现出屈服强度与疲劳强度之间的关系，在其他条件相同的情况下，钢筋屈服强度越高，屈服应变越大，在完成同一位移幅值加载时，屈服强度越高的钢筋产生的塑性应变越小，由于钢筋受拉或受压每一循环圈的疲劳损伤指数与塑性应变幅的n次方成正比，因此钢筋屈服强度越高，受拉或受压每一循环圈的疲劳损伤指数越小，钢筋循环圈数越多。

1.2 钢筋混凝土受力特性与钢筋疲劳的关系

钢筋混凝土结构是由混凝土和钢筋两种结构结合而成，混凝土具有很强的抗压性能，但抗拉性能很低，素混凝土梁中，往往受拉区混凝土已经破坏，而受压区混凝土抗压强度还未被充分利用，其受力分析图见图1。钢筋具有强度较高的抗拉强度，两种材料结合后，共同抵抗外力作用，充分发挥混凝土抗压强度较高和钢筋抗拉强度较高的特性，其受力分析图见图2。热轧带肋钢筋基本上都配置在混凝土梁、板受拉区，是主要的受拉构件。在钢筋疲劳试验过程中，交变荷载作用下，轴向疲劳加载试验方法更贴近钢筋在混凝土中实际受力情况。

图1 素混凝土梁受力分析图

图2 配筋后混凝土梁受力分析图

1.3 生产工艺与钢筋疲劳的关系

标准GB／T1499.2-2018中金相组织规定， “金相组织应主要是铁素体加珠光体，基圆上不应出现回火马氏体组织”。在实际生产过程中，存在小厂生产的钢筋或者大厂靠“穿水”工艺强行提高屈服强度。虽然这样钢筋屈服强度能够达到国家标准，也减少添加合金元素等工艺成本，但穿水破坏在高温状态下钢筋表面产生氧化膜，钢筋更容易生锈，强度也容易衰竭，使钢筋表面产生裂纹，也大大降低了钢筋的疲劳性能。从图3可见，回火马氏体的组织形态一般是针片状，其具有高强度高硬度，但韧性很差，其特点硬而脆。在受轴向力交变荷载作用下，内部组织结构不一样导致强度和塑性的差异，疲劳性能也随之改变，回火马氏体针片状容易产生应力集中，滑移不均匀，滑移局部集中，金属表面形成挤出和挤入，经过应力多次交变后，使滑移形成的裂源扩展成微观裂纹。

图3 回火马氏体组织.放大倍数500×

2 疲劳试验方法的确定对热轧带肋钢筋研究的重要意义

钢筋疲劳试验耗时较长，考虑到生产过程的连续性以及提升企业生产效率，在新标准中明确对钢筋疲劳试验仅在型式检验中进行，在原材料、生产工艺、设备有重大变化及新产品生产时都需要进行检验，或者根据需方要求进行检验。然而，热轧带肋钢筋应用范围广泛，房屋建筑、铁路、公路、桥梁、海港等各种工程结构中，特别是高层、大跨度、抗震等建筑结构遍地都是，其疲劳损伤带来的破坏力是不能忽视的。

随着科技发展，技术要求也越来越复杂，对于不同的要求而言，检验疲劳的方法划分成不同的形式，按加载方式不同，可以把金属疲劳试验划分为轴向加载疲劳试验、弯曲疲劳试验、扭转疲劳试验、复合应力疲劳试验等，标准GB／T1499.2-2018要求采用轴向疲劳试验方法，一来是轴向加载疲劳是国内外进行疲劳机理研究的主要方法，检验手段和研究成果相对成熟；其次基于静态力学性质研究比较透彻，通过与静态力学性质关联性比对，能更好的深入研究钢筋疲劳性能。

3 结语

标准GB／T1499.2-2018中明确了热轧带肋钢筋疲劳试验的技术要求和试验方法，对企业和检验单位在技术要求上进行协调和统一，并对热轧带肋钢筋生产各个环节有机的联系起来，有条不紊的保障钢筋生产质量水平。