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        冷拔鋼筋預(yù)加應(yīng)力與強(qiáng)度的關(guān)系研究

        2017-03-20 23:01:33盧文東
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2017年6期
        關(guān)鍵詞:鋼筋

        盧文東

        摘 要:目前建筑用鋼筋大部分會(huì)采用冷拔工藝處理,以增加鋼筋的彈性極限,極限強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度,而且經(jīng)過多次冷拉和熱處理之后會(huì)從普通有明顯屈服點(diǎn)鋼材變?yōu)闊o明顯屈服點(diǎn)鋼材。本文旨在研究單次冷拔中所施加的強(qiáng)度與鋼筋機(jī)械性能的關(guān)系,通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知其隨著施加的強(qiáng)度的上升,鋼筋的抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)上升而后下降的趨勢(shì)。此結(jié)論可為隨后的冷拔鋼筋生產(chǎn)提供相應(yīng)的借鑒。

        關(guān)鍵詞:冷拔工藝;鋼筋;抗拉強(qiáng)度

        中圖分類號(hào):TV331 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        目前低碳鋼鋼筋多用于建筑行業(yè),如何保證其質(zhì)量不變的情況下對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化有很大的經(jīng)濟(jì)意義。鋼筋中的強(qiáng)化是多是以特定的處理方式增加相應(yīng)的抗塑性變形及抗斷裂的能力,與之對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)較多,在室溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)中評(píng)價(jià)指標(biāo)多為屈服強(qiáng)度、流變強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度等;在室溫準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)中評(píng)價(jià)指標(biāo)多為中的抗壓強(qiáng)度;彎曲試驗(yàn)中可取抗彎強(qiáng)度為指標(biāo),疲勞試驗(yàn)中可取疲勞強(qiáng)度為指標(biāo),高溫條件靜態(tài)拉伸中可取持久強(qiáng)度為指標(biāo)??估瓘?qiáng)度與抗壓強(qiáng)度在工程中使用最為廣泛,也是最具代表性的力學(xué)性能指標(biāo)。

        鋼筋的強(qiáng)化的方式視材料的不同而不同,強(qiáng)度在不同工況下的表示千差萬別。在某些強(qiáng)度指標(biāo)上其中一種手段對(duì)提高某一強(qiáng)度指標(biāo)是非常有效的,但其對(duì)其他指標(biāo)未必會(huì)有良好的效果。最重要的是材料本身的成分、表面狀態(tài)和組織結(jié)構(gòu)都是影響效果評(píng)價(jià)提升的重要因素;受力狀態(tài)、應(yīng)力加載速度、應(yīng)力加載方式、反復(fù)受力或是簡單拉伸,都會(huì)表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度提升效果;此外,相應(yīng)的決定性因素還包括試驗(yàn)介質(zhì),幾何尺寸及應(yīng)力分布狀況,如超高強(qiáng)度鋼的氫脆現(xiàn)象,在氫氣氛中的拉伸強(qiáng)度可能成倍地下降。對(duì)于建筑施工中常用的鋼筋,這些因素都會(huì)有極大的影響。

        目前在工業(yè)及民居建筑中越來越多地使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),鋼筋一般是指鋼筋混凝土用和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用鋼材,其橫截面為圓形,有時(shí)為帶有圓角的方形。包括光圓鋼筋、帶肋鋼筋、扭轉(zhuǎn)鋼筋。鋼筋混凝土用鋼筋是指鋼筋混凝土配筋用的直條或盤條狀鋼材,其外形分為光圓鋼筋和變形鋼筋兩種,交貨狀態(tài)為直條和盤圓兩種。本文試驗(yàn)對(duì)象為直徑為8mm的HPB500鋼筋,所用的模具為鎢合金拔絲???,使鋼筋產(chǎn)生塑性變形后評(píng)價(jià)其抗拉強(qiáng)度。以抗拉強(qiáng)度指標(biāo)評(píng)價(jià)其力學(xué)性能。

        1.試驗(yàn)過程

        1.1 本實(shí)驗(yàn)選用的鋼筋樣品為8mm的HPB500鋼筋,最終處理狀態(tài)為熱軋狀態(tài)。將其截至等截面積等長的試驗(yàn)樣品。

        1.2 準(zhǔn)備冷拔模具,冷拔模具結(jié)構(gòu)如圖1所示,將鋼筋置于其中一端受力至其變形,其初始直徑為φ8mm,經(jīng)拉拔處理后直徑為φ6mm。其變形量為25%,因試樣的鋼種為低碳鋼,其延伸率完全滿足實(shí)驗(yàn)條件。

        1.3 HPB500鋼筋標(biāo)號(hào)含義為其抗拉強(qiáng)度≥500MPa,為了準(zhǔn)確比較,所需的抗拉強(qiáng)度還需精確測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)將選擇20kN、25kN、30kN、35kN、40kN的力進(jìn)行拉拔試驗(yàn)并進(jìn)行編號(hào),后比較抗拉強(qiáng)度的變化,編號(hào)見表1,其中0#為未經(jīng)拉拔處理的原始樣品。

        1.4 以抗拉強(qiáng)度σb為基本指標(biāo),以上述樣品的σb的大小變化評(píng)價(jià)力學(xué)性能的變化趨勢(shì),并加以分析。

        2.試驗(yàn)結(jié)果及分析(表2)

        試驗(yàn)結(jié)果表明:

        (1)通過0#樣品與其他樣品的區(qū)別可以看出,冷拔工藝的確可以提升材料的抗拉強(qiáng)度。

        (2)由1#至4#樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,在35kN以下隨著拉拔工藝?yán)瘟Φ淖饔昧Σ粩嘣黾?,其抗拉?qiáng)度提升較為明顯。

        (3)由5#樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,隨著作用力進(jìn)一步加大,其提升作用呈現(xiàn)增加后下降的趨勢(shì),證明拉拔提升抗拉強(qiáng)度并非無限制增加。具體的趨勢(shì)圖參照?qǐng)D2。

        原因分析:一般對(duì)于正常塑性材料情況的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)包含如圖3所示:其中a'點(diǎn)是比例極限點(diǎn),oa'段是直線(a點(diǎn)是彈性極限點(diǎn));a'a是曲線但是仍然是彈性段;b點(diǎn)是上屈服點(diǎn);c點(diǎn)是下屈服點(diǎn);bcd段是屈服平臺(tái),一般以下屈服點(diǎn)作為屈服強(qiáng)度fy;de段是強(qiáng)化段;e點(diǎn)是極限強(qiáng)度fu,抗拉強(qiáng)度就是這個(gè)點(diǎn),ef段是斷裂階段。

        經(jīng)冷拔工藝后,其形變量與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系呈現(xiàn)圖4中所示的關(guān)系,其屈服平臺(tái)并未顯現(xiàn)出來,若取卸載后殘余應(yīng)變?yōu)?.2%對(duì)應(yīng)點(diǎn)的強(qiáng)度作為屈服強(qiáng)度fy,其相應(yīng)的抗拉強(qiáng)度σb可用fu來表示。金屬材料的強(qiáng)化途徑思路如下,第一類思路為合金的原子間結(jié)合力繼而提高其理論強(qiáng)度,所得到的為完美無瑕的晶體,目前所制得的產(chǎn)品為晶須。已知鐵元素的晶須為例其強(qiáng)度接近理論值,其原理可認(rèn)為無完美晶體無位錯(cuò),并在形變的過程中位錯(cuò)并不能增殖,如果發(fā)生增殖必然會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度大幅下降。另一種思路假設(shè)位錯(cuò)在原材料中已經(jīng)存在,切變的運(yùn)動(dòng)既是位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)且滑移的運(yùn)動(dòng)也是通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來表征,并以列的原子為單位進(jìn)行大規(guī)模遷徙與滑移。而對(duì)于接近完美的類完整晶體,切變時(shí)滑移面上的所有原子將同時(shí)滑移,這時(shí)需克服的滑移面上下原子之間的鍵合力無疑要大得多。金屬的理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度之間的巨大差別,為金屬的強(qiáng)化提供了可能性和必要性??梢哉J(rèn)為實(shí)測(cè)的純金屬單晶體在退火狀態(tài)下的臨界分切應(yīng)力表示了金屬的基礎(chǔ)強(qiáng)度,是材料強(qiáng)度的下限值;而估算的金屬的理論強(qiáng)度是經(jīng)過強(qiáng)化之后所能期望達(dá)到的強(qiáng)度的上限。本文中強(qiáng)化機(jī)理與之前的兩種強(qiáng)化機(jī)理相比較,其表征更滿足第二種關(guān)系。因此推測(cè)其為位錯(cuò)增值強(qiáng)化機(jī)理強(qiáng)化。

        試驗(yàn)結(jié)論

        (1)低碳鋼鋼筋的冷拔工藝可以顯著增加鋼筋的抗拉強(qiáng)度,本次試驗(yàn)中未進(jìn)行冷拔工藝與進(jìn)行了冷拔工藝的試樣進(jìn)行對(duì)比,其強(qiáng)度增加了約30%~50%。

        (2)低碳鋼鋼筋的冷拔受力的大小增加鋼筋的抗拉強(qiáng)度關(guān)系并非線性關(guān)系,其有上限值。在超越其上限值之后隨著冷拔受力的增加鋼筋的抗拉強(qiáng)度有下降趨勢(shì)。

        (3)較之于兩種材料強(qiáng)化原理,冷拔鋼筋受力增加抗拉強(qiáng)度的表現(xiàn)更偏重于位錯(cuò)增值強(qiáng)化機(jī)理強(qiáng)化方式。

        參考文獻(xiàn)

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