陳 煒

（中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361006）

對(duì)于檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)室的金屬材料力學(xué)性能檢測(cè)而言，拉伸性能試驗(yàn)是最為重要的檢測(cè)項(xiàng)目之一，原因在于其是工程結(jié)構(gòu)力學(xué)施工及設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的影響因素，故保障其檢測(cè)質(zhì)量對(duì)于檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)而言十分重要。

1 拉伸能力驗(yàn)證試驗(yàn)概述

通常而言，國(guó)家及省級(jí)質(zhì)量監(jiān)督中心對(duì)于各試驗(yàn)室金屬材料力學(xué)性能的檢測(cè)質(zhì)量控制大多通過熱軋帶肋鋼筋拉伸能力驗(yàn)證試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，而熱軋帶肋鋼筋拉伸能力驗(yàn)證試驗(yàn)方案的可靠性對(duì)比對(duì)結(jié)果的可比性、比對(duì)結(jié)果評(píng)判的科學(xué)性有著至關(guān)重要的影響?！督饘俨牧?拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T 228.1—2010）為現(xiàn)行金屬材料常溫拉伸試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定了兩種拉伸速率控制方案，即應(yīng)變速率控制方法（方法A）和應(yīng)力速率控制方法（方法B）[1]。其中，方法A為仲裁方法，其較方法B測(cè)試結(jié)果更穩(wěn)定。但是采用應(yīng)變速率控制方法對(duì)試驗(yàn)機(jī)的要求較高，要求試驗(yàn)機(jī)應(yīng)該具有應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，然而，在許多檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)室特別是一些較老的檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)室中，由于條件有限，所用設(shè)備大多不能滿足此要求，不便采用方法A進(jìn)行試驗(yàn)，故現(xiàn)在各級(jí)組織的熱軋帶肋鋼筋拉伸能力驗(yàn)證試驗(yàn)通常會(huì)規(guī)定可采用兩種方法速率并行的能力驗(yàn)證試驗(yàn)方案。

2 拉伸性能試驗(yàn)驗(yàn)證方案

現(xiàn)摘抄2019年度某省級(jí)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)能力驗(yàn)證作業(yè)指導(dǎo)書中關(guān)于金屬材料（鋼筋）拉伸試驗(yàn)中試驗(yàn)速率的規(guī)定，如下。

（1）速率a：對(duì)于普通液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，在彈性階段應(yīng)力速率控制在20MPa/s左右，直至屈服結(jié)束，油閥不再調(diào)節(jié)。屈服之后，試驗(yàn)速率參照標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T 228.1—2010）執(zhí)行。

（2）速率b：對(duì)電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)或電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，在彈性階段和屈服階段均采用位移速率3mm/min。屈服之后，試驗(yàn)速率參照標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T 228.1－2010）執(zhí)行。

試驗(yàn)結(jié)果依據(jù)以下規(guī)定修約：抗拉強(qiáng)度（Rm）、下屈服強(qiáng)度（ReL）修約到1MPa；斷后伸長(zhǎng)率（A）修約到0.5%。

3 鋼筋拉伸能力驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)樣品

選擇1根外觀質(zhì)量、尺寸合格的牌號(hào)為HRB400E、公稱直徑為16mm的熱軋帶肋鋼筋，截取12根長(zhǎng)度約400mm的試樣。截取試樣時(shí)，去除了端頭部分并在切割試樣時(shí)采用冷切割，將12根鋼筋隨機(jī)分為兩組，并將其編號(hào)為2019GYBD-001～012，然后用標(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)志，整個(gè)能力驗(yàn)證試驗(yàn)過程中保證標(biāo)志流轉(zhuǎn)連續(xù)。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備

熱軋帶肋鋼筋拉伸試驗(yàn)使用鋼筋標(biāo)距儀進(jìn)行原始標(biāo)距標(biāo)志，用精度為0.02mm游標(biāo)卡尺測(cè)量斷后標(biāo)距，試樣平行長(zhǎng)度采用精度1mm鋼直尺進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)過程用SHT4605G微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行控制，試驗(yàn)機(jī)最大負(fù)荷為600kN，設(shè)備精度為1級(jí)。

試驗(yàn)前，對(duì)所有儀器設(shè)備檢校有效期、使用精度、使用性能進(jìn)行核查。經(jīng)核查，該次試驗(yàn)所用儀器設(shè)備均在檢校有效期內(nèi)，所用設(shè)備的使用精度、使用性能皆滿足要求。

3.3 試驗(yàn)過程及注意事項(xiàng)

（1）試驗(yàn)過程。①核查試驗(yàn)用熱軋帶肋鋼筋試樣，其外觀無(wú)銹蝕、無(wú)損傷，標(biāo)志清晰可見，待測(cè)試樣外觀質(zhì)量滿足要求[2]；試驗(yàn)開始前1h提前開啟試驗(yàn)室內(nèi)空調(diào)，設(shè)定空調(diào)溫度為23℃，核查并記錄試驗(yàn)室環(huán)境溫度，實(shí)測(cè)能力驗(yàn)證試驗(yàn)過程中環(huán)境溫度為21.0～23.5℃，滿足（23±5）℃的要求。②使用鋼筋標(biāo)距儀對(duì)待測(cè)熱軋帶肋鋼筋樣品平行長(zhǎng)度段進(jìn)行原始標(biāo)距標(biāo)記，標(biāo)記間隔為10mm。標(biāo)記完畢，對(duì)所有試樣原始標(biāo)距進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果都滿足要求，原始標(biāo)距偏差在±0.1mm以內(nèi)。將待測(cè)鋼筋試樣分成兩組進(jìn)行試驗(yàn)，其中試樣編號(hào)001～006號(hào)樣品用速率a進(jìn)行試驗(yàn)，試樣編號(hào)007～012號(hào)樣品用速率b進(jìn)行試驗(yàn)。③試驗(yàn)前應(yīng)編輯試驗(yàn)控制方案，首先應(yīng)將應(yīng)變速率換算為更加直觀的橫梁分離位移速率，即將平行長(zhǎng)度（即鉗口間距離）乘以應(yīng)變速率。試夾持一根鋼筋試樣，用鋼直尺測(cè)量鉗口間距。經(jīng)測(cè)量，該次試驗(yàn)試樣的平行長(zhǎng)度約260mm。④經(jīng)計(jì)算，速率a試驗(yàn)控制方案編輯如下：下屈服強(qiáng)度ReL，設(shè)定應(yīng)力速率為20MPa/s；抗拉強(qiáng)度Rm、斷后伸長(zhǎng)率A的測(cè)定，采用推薦速率0.0067s-1，換算為橫梁分離位移速率為1.742mm/s。⑤對(duì)于速率b不同試驗(yàn)階段鉗口分離速率設(shè)為：下屈服強(qiáng)度ReL的測(cè)定，橫梁分離位移速率為3mm/min；抗拉強(qiáng)度Rm、斷后伸長(zhǎng)率A的測(cè)定，換算橫梁分離位移速率1.742mm/s。⑥按以上兩種試驗(yàn)速率，對(duì)待測(cè)鋼筋樣品分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)得下屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率等試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)進(jìn)行記錄。

（2）試驗(yàn)過程其他注意事項(xiàng)。試驗(yàn)操作過程由同一試驗(yàn)人員完成。試驗(yàn)加載鏈裝配完成后，鋼筋試樣兩端被夾持前，應(yīng)先設(shè)定力測(cè)量系統(tǒng)的零點(diǎn)；每根試樣試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)同步記錄試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)并核查曲線上下屈服點(diǎn)的讀取是否正確；在測(cè)試斷后伸長(zhǎng)率時(shí)，應(yīng)將試樣盡量保持平直，斷裂位置應(yīng)緊密接觸。為避免試樣斷裂位置不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件而報(bào)廢試樣，可采用移位法測(cè)定斷后伸長(zhǎng)率。

4 試驗(yàn)結(jié)果匯總及分析

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

該次能力驗(yàn)證試驗(yàn)下屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度修約至1MPa，斷后伸長(zhǎng)率修約至0.5%。熱軋帶肋鋼筋兩種拉伸試驗(yàn)速率控制方法的試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果匯總統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 熱軋帶肋鋼筋拉伸能力驗(yàn)證試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)匯總

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)于該次比對(duì)試樣用熱軋帶肋鋼筋，采用速率a測(cè)得的下屈服強(qiáng)度結(jié)果較采用速率b偏大，偏差為1.4%，而兩組試樣試驗(yàn)結(jié)果的變異系數(shù)均值為0.3%，其偏差為變異系數(shù)的4.6倍，遠(yuǎn)超出置信區(qū)間3倍范圍；對(duì)于抗拉強(qiáng)度，速率a和速率b所測(cè)得的結(jié)果基本一致，偏差為0%；速率a測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率結(jié)果較速率b則明顯偏小，偏差為5.2%，而兩組試樣試驗(yàn)結(jié)果的變異系數(shù)均值為1.1%，其偏差為變異系數(shù)的4.7倍，遠(yuǎn)超出置信區(qū)間3倍范圍。

結(jié)合能力驗(yàn)證試驗(yàn)過程典型曲線分析，可以發(fā)現(xiàn)按速率a進(jìn)行試驗(yàn)，從試驗(yàn)開始到屈服結(jié)束，試樣拉伸時(shí)間為30～40s，而按速率a進(jìn)行試驗(yàn)，從試驗(yàn)開始到屈服結(jié)束，試樣拉伸時(shí)間約5min；兩種試驗(yàn)速率在試樣彈性階段拉伸時(shí)間相差較大，速率a在彈性階段測(cè)試時(shí)間較速率b短，測(cè)試速度快，因此增大了荷載的瞬時(shí)效應(yīng)，屈服強(qiáng)度較速率b偏高，同時(shí)由于速率b在彈性段加載時(shí)間較長(zhǎng)，使材料塑性變形更為完全，則斷后伸長(zhǎng)率較速率a明顯增大。

基于上述分析可知：

（1）在同一試驗(yàn)室、同一環(huán)境、相同儀器設(shè)備、同一人員操作條件下，采用同一能力驗(yàn)證試驗(yàn)方案中的兩種不同加載速率，速率a和速率b試驗(yàn)結(jié)果中抗拉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果基本一致。

（2）速率a中下屈服強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果比速率b明顯偏大，且已經(jīng)超過試驗(yàn)室允許偏差范圍內(nèi)；而速率a斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果比速率b明顯偏小，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出試驗(yàn)室允許偏差范圍。

可見若能力驗(yàn)證試驗(yàn)采用此方案，兩種不同試驗(yàn)速率會(huì)帶來(lái)較大的偏差，影響能力驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)判，使能力驗(yàn)證試驗(yàn)不能真正反映試驗(yàn)室在金屬材料拉伸性能測(cè)試上能力的差異，應(yīng)對(duì)能力驗(yàn)證方案中兩種速率的規(guī)定進(jìn)行改進(jìn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

熱軋帶肋鋼筋的拉伸能力驗(yàn)證試驗(yàn)是檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)室間相對(duì)常規(guī)的一種對(duì)試驗(yàn)室力學(xué)性能檢測(cè)質(zhì)量控制的手段，現(xiàn)行金屬室溫試驗(yàn)拉伸方法《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T 228.1—2010）中規(guī)定可采用應(yīng)變速率和應(yīng)力速率控制兩種方法，然而在不同速率條件下，兩種方法所測(cè)得的熱軋帶肋鋼筋拉伸試驗(yàn)結(jié)果中下屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率會(huì)存在不一致的情況。

在能力驗(yàn)證試驗(yàn)組織機(jī)構(gòu)策劃能力驗(yàn)證試驗(yàn)方案時(shí)，為滿足能力驗(yàn)證方案的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性，能力驗(yàn)證試驗(yàn)組織機(jī)構(gòu)應(yīng)充分考慮到兩種速率方案對(duì)能力驗(yàn)證結(jié)果的影響。建議能力驗(yàn)證試驗(yàn)組織機(jī)構(gòu)應(yīng)事先進(jìn)行兩種速率方案間的比對(duì)試驗(yàn)，可采用多種不同的應(yīng)變速率控制方式進(jìn)行測(cè)試分析，以確認(rèn)合適的、可比較的應(yīng)力速率及其相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變速率控制方案。以此來(lái)編制能力驗(yàn)證試驗(yàn)方案，可以避免不同試驗(yàn)速率方案導(dǎo)致能力驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果不具備可比性從而導(dǎo)致能力驗(yàn)證試驗(yàn)報(bào)告出現(xiàn)無(wú)效的情況，可以更加客觀公正地反映檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)室鋼筋拉伸性能能力情況。