摘要：熱軋帶肋鋼筋和熱軋光圓鋼筋的拉伸試驗均采用標準GB/T 228，新標準GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第一部分：室溫試驗方法》，與舊標準相比有了較大的變化，其中在試驗速率控制方面，增加了方法A應變速率控制方法，方法A（應變速率控制）和方法B（應力速率控制）中對于不同的參數(shù)測定所采用的速率都有明確規(guī)定。

關鍵詞：鋼筋 力學性能 試驗速率 應變速率 應力速率

1 前言

熱軋帶肋鋼筋和熱軋光圓鋼筋（以下簡稱鋼筋）執(zhí)行的標準是國家強制性標準GB 1499.2-2007《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》和GB1499.1-2008《鋼筋混凝土用鋼第1部分：熱軋光圓鋼筋》，鋼筋的力學性能對于鋼筋在混凝土結構中的作用發(fā)揮十分重要，鋼筋的牌號也是由鋼筋的屈服強度特征值所表示，在GB 1499.1-2008和GB1499.2-2007標準中鋼筋的力學性能包括屈服強度R_eL（即下屈服強度）、抗拉強度R_m、斷后伸長率A、最大力總伸長率A_gt等，這些力學性能特征值的測定均采用標準GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》。國內(nèi)外大量試驗證明，在進行拉伸試驗的過程中，試樣的變形速率直接影響試樣的結果，尤其是對于屈服強度R_eL的測定，對試驗速率的大小十分敏感，而且用應變速率控制的檢測數(shù)據(jù)比位移控制速率更穩(wěn)定。

為了保證試驗結果的可比性，GB/T 228.1-2010修改采用國際標準ISO 6892-1：2009，給出了方法A（應變速率控制）和方法B（應力速率控制）兩種控制速率的方法。其中方法A一方面可以減小試驗結果的測量不確定度，另一方面增強了試驗結果的可比性。這種控制模式也是即將廣泛推行的方法。

2 應力、應力速率、應變、應變速率、橫梁位移速率、負荷速率的理解

有些檢測員對于這幾個概念混淆不清，尤其是對于應變速率的理解，我們多數(shù)使用的設備只能用應力速率（單位MPa/s）進行控制，但標準中部分環(huán)節(jié)要求使用應變速率（單位s^-1）來控制。下面就對這幾個常用的概念加以說明。

2.1 應力、應力速率

應力是指試驗期間任一時刻的力除以試樣原始橫截面積S₀之商，如式（1）所示；應力速率指單位時間應力的增加，如式（2）所示。

R=F/S₀

…………（1）

其中：

R——應力（N/m㎡或MPa）；

F——軸線方向受到的力（N）；

S₀——試樣橫截面積（m㎡）。

R=ΔR/Δt

…………（2）

其中：

R——應力速率（MPa/s）；

ΔR——某一時段應力增加量（MPa）；

Δt——-產(chǎn)生AR所用的時間（s）。

2.2 應變、應變速率

應變速率是指用引伸計標距L_e測量時單位時間的應變增加值。對于一個單元體來講，當受到外力的作用時，會產(chǎn)生線應變和角應變（或切應變），我們所說的應變是指線應變，用e表示，線應變和角應變都是無量綱的量，拿線應變來講，是由某一方向的長度在變形前后的改變量與原長之比，如式（3）所示，線應變以伸長為正，縮短為負。理解了線應變，應變速率就迎刃而解了，如式（4）所示。

e=ΔL/L₀

…………（3）

其中：

e——線應變；

ΔL——某一方向長度的改變量（mm）；

L₀——某一方向的原長度（mm）。

2.3 橫梁位移速率負荷速率

橫梁位移速率指單位時間的橫梁位移（mm/s），試樣拉伸試驗過程中，橫梁位移速率與應變速率之間的轉(zhuǎn)換如式（5）和式（6）所示。

鋼的拉伸試驗標準要求應力速率為6～60MPa/s，但有些時候應力速率也不是很直觀，轉(zhuǎn)換為負荷速率控制就比較簡單直觀，由平均應力速率轉(zhuǎn)換推導出負荷速率如式（7）所示；在彈性范圍內(nèi)平均應力速率為R_平=ΔF/（Δt·S₀），則

ΔF/Δt=R_平·S₀

其中：

3 應變速率控制的試驗速率（方法A）

當選用方法A時，即應變速率控制，對于試驗機的要求很高，要求試驗機必須具有自動監(jiān)測、自動控制功能，能夠有效的控制不同時段的試驗速率。GB/T 228.1-2010中給出了兩種不同類型的應變速率控制模式，一種是通過引伸計的反饋來控制的應變速率，另一種是根據(jù)平行長度估計的應變速率（即通過控制平行長度與需要的應變速率相乘而得到的橫梁位移速率），對于不同的檢測項目，標準中給出了相應的試驗速率，尤其是對于不連續(xù)屈服的材料，應選用根據(jù)平行長度部分估計的應變速率來控制。如圖1所示。

下面來說說用方法A測定鋼筋的力學性能時試驗速率的正確選擇。根據(jù)速率選用圖表所示，在測定屈服強度（即下屈服強度R_eL）時，標準推薦使用范圍2的速率，即0.00020～0.00030s^-1，也可選用范圍3的速率；在測定抗拉強度R_m、斷后伸長率A、最大力總伸長率A_gt時，標準推薦選用范圍4的速率，即0.32～0.48min^-1，也可選用范圍2和范圍3的速率，如果僅僅測定抗拉強度時，根據(jù)范圍3或范圍4得到的平行長度估計的應變速率適用于整個試驗，這樣可以簡化整個試驗過程。

4 應力速率控制的試驗速率（方法B）

在選用方法B時，需要試驗機既可以控制應力速率，又可以控制應變速率，因為應力速率只使用于方法B中彈性階段，當我們測量鋼筋的抗拉強度R_m、斷后伸長率A、最大力總伸長率A_gt時，標準要求使用應變速率。鋼筋的彈性模量一般都大于150000MPa，所以在彈性范圍和直至上屈服強度，橫梁位移速率應保持在6～60MPa/s范圍內(nèi)，在任何情況下，彈性范圍內(nèi)的應力速率不得超過60MPa/s。在測定下屈服強度R_eL時，應變速率控制在0.00025～0.0025s^-1之間；在測定R_m、A、A_gt時，試驗速率可以增大到不大于0.008 s^-1的應變速率。

5 小結

在現(xiàn)實中多數(shù)實驗室依然使用擺動測力的液壓試驗機，或者是只能控制負荷速率或應力速速的試驗機，這就需要我們加快檢測設備的更新?lián)Q代，提高檢測儀器的控制精度，盡可能選擇具有閉環(huán)控制系統(tǒng)的既能控制應力速率也能控制應變速率的試驗機；在無法改變設備現(xiàn)狀的情況下，可以利用速率間的相互轉(zhuǎn)化，將應變速率等效為相應的橫梁位移速率，或者將應力速率轉(zhuǎn)換為負荷速率，從而與標準要求相切合，進而提高試驗結果的可比性，提高檢測結果的準確度，減小試驗結果的測量不確定度。