人工應(yīng)變時(shí)效對(duì)HRB400E級(jí)鋼筋力學(xué)性能的影響*

湯 巖，彭福杰，王皓然，王春雪，單瑋龍

宿遷學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 宿遷 223800

抗震設(shè)計(jì)用鋼的抗震性能指標(biāo)主要包括高應(yīng)變低周疲勞性能、應(yīng)變時(shí)效敏感性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度、可焊性及強(qiáng)度與塑性的配合五個(gè)方面的指標(biāo)。對(duì)于鋼筋使用的安全性，鋼筋的應(yīng)變時(shí)效敏感性對(duì)鋼筋力學(xué)性能有著極大的影響。應(yīng)變時(shí)效是鋼材經(jīng)過冷加工塑性變形及焊接內(nèi)應(yīng)力變形使鋼材強(qiáng)度與硬度升高而塑性與韌性下降的一種物理現(xiàn)象。文章對(duì)HRB400E級(jí)抗震鋼筋的應(yīng)變時(shí)效敏感性進(jìn)行了研究，應(yīng)用人工時(shí)效的辦法，通過調(diào)控環(huán)境溫度和預(yù)應(yīng)變量研究二者對(duì)鋼筋應(yīng)變時(shí)效敏感性、塑性的影響。

1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用HRB400E級(jí)抗震鋼筋，其化學(xué)元素含量如表1所示。時(shí)效方法為預(yù)應(yīng)變施加以后分別將試件加熱至100℃、200℃，時(shí)效分別為1h、2h。每個(gè)參數(shù)下的鋼筋數(shù)量為2根，具體試件參數(shù)如表2所示。其中，L代表無預(yù)應(yīng)變，R代表人工時(shí)效。此次試驗(yàn)分為兩個(gè)階段，第一階段為預(yù)應(yīng)變加載階段，結(jié)束后，分別進(jìn)行不同的時(shí)效處理，第二階段將試件加載至試件拉斷。試驗(yàn)加載裝置如圖1所示。

表1 HRB400E級(jí)抗震鋼筋化學(xué)元素含量 單位：%

表2 應(yīng)變時(shí)效參數(shù)及試件編號(hào)

圖1 試驗(yàn)加載裝置圖

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 單向靜拉試驗(yàn)結(jié)果

為充分了解鋼筋的力學(xué)性能，首先對(duì)鋼筋進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，試件為2根，單向拉伸的結(jié)果如圖2所示，靜拉試驗(yàn)力學(xué)參數(shù)如表3所示。由圖2、表3可知，2根鋼筋實(shí)測(cè)的力學(xué)性能參數(shù)差異性不大，試驗(yàn)具有穩(wěn)定性及可靠性。

表3 HRB400E鋼筋靜拉試驗(yàn)力學(xué)參數(shù)表

圖2 HRB400E鋼筋靜拉試驗(yàn)結(jié)果

2.2 人工時(shí)效敏感性結(jié)果

不同預(yù)應(yīng)變下鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4所示，取不同溫度及時(shí)間時(shí)效下，鋼筋的最大應(yīng)力水平及最大力處應(yīng)變值，綜合評(píng)價(jià)不同應(yīng)變時(shí)效對(duì)鋼筋的力學(xué)性能指標(biāo)的影響。各數(shù)據(jù)取2根鋼筋的平均值，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，經(jīng)過預(yù)應(yīng)變?nèi)斯r(shí)效處理后的鋼筋力學(xué)性能有很大變化，最大應(yīng)力值都比靜拉試驗(yàn)數(shù)據(jù)高，高應(yīng)力主要集中在7%～8%應(yīng)變附近，而且隨著溫度及時(shí)效的增加，最大應(yīng)力值也會(huì)隨著增加，最高應(yīng)力增加幅值在25%。最大力處應(yīng)變普遍降低，均沒有超過9%，而且隨著時(shí)效的增加，應(yīng)變值降低。

圖4 不同預(yù)應(yīng)變下鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖5 不同應(yīng)變時(shí)效處理后鋼筋的力學(xué)參數(shù)值

3 結(jié)束語

文章通過人工時(shí)效的辦法（溫度、時(shí)間）對(duì)HRB400E級(jí)鋼筋進(jìn)行應(yīng)變時(shí)效敏感性分析，通過5%～10%預(yù)應(yīng)變的施加，控制溫度100℃、200℃，時(shí)間1h、2h這三個(gè)參數(shù)，對(duì)鋼筋的基本力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，得到了以下結(jié)論。（1）HRB400E級(jí)鋼筋對(duì)應(yīng)變時(shí)效敏感性較大，施加預(yù)應(yīng)變以后的鋼筋，再次進(jìn)行單向拉伸時(shí)，屈服臺(tái)階消失，原有的4階段變化曲線變?yōu)?階段，即彈性段和強(qiáng)化段，而且強(qiáng)化段上升幅度很??；（2）溫度和時(shí)間的人工時(shí)效處理對(duì)HRB400E級(jí)鋼筋的力學(xué)指標(biāo)有較大影響，從最大應(yīng)力和最大應(yīng)力處應(yīng)變值來看，最大應(yīng)力值均有所提升，最高提升幅度25%，但鋼筋塑性降低明顯，從13%下降到6%左右，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須考慮應(yīng)變時(shí)效對(duì)鋼筋性能的影響。