预应力钢绞线松弛试验方法标准的探讨

1、预应力钢绞线松弛试验方法标准的探讨第36卷Vo1.36第1期No.1金属制品MetalProducts2010年2月February2010doi:10.3969/j.issn.10034226.2010.01.019预应力钢绞线松弛试验方法标准的探讨段建华(江西新华金属制品有限责任公司,江西新余338004)摘要正确理解钢绞线松弛试验方法的标准是做好松弛测试的前提条件.对ASTME32802,ISO156303:2002和GB/T21839-2008进行对比分析及研究,发现GB/T21839-2008在计量术语使用及表述上存在一些错误.分析应变及温度波动对松弛值的影响,指出松弛试验测定应变恒

2、定水平所需引伸计的等级要求应参考GB/T12160-2002的有关规定,GB/T21839-2008未采纳允许修正松弛值是一个缺憾.对GB/T21839-2008的应用和改进提出建议,指出由于加载参数的不同,采用ASTMA41606方法测试的结果与采用GB/T21839-2008测试的结果没有可比性.关键词应力松弛;预应力;钢绞线;松弛试验;试验标准中图分类号TG115.57Discussrelaxationtestmethodstandardofpre-stresssteelstrandedwireDUANJianhua(JiangxiXinhuaMetalProductsCo.,Ltd.,

3、Xinyu338004,China)AbstractTorightcomprehendrelaxationtestmethodstandardofprestresssteelstrandedwireiSapreconditiontodorelaxationmeasureandtestwel1.TheASTME328J02.O15630_3:2002andGB/T21839之oo8arecomparisonanalyzedandstudied,itisdiscoveredthattherearemistakesinGB/T21839-2008ataspectsofmetrologytermsan

4、dsymbols.Effectofstrainandtemperaturefluctuationonrelaxationvaluewasanalyzed.ItispointedthatthegraderequirementofextensometerforstrainconstantlevelduringrelaxationtestshouldreferrelativeprovisionofGB/T121602002.itisadefectthatpermissionrelaxationcorrectionisnotadoptedinGB/T21839-2008.Somesuggestions

5、tOuseandimproveGB/T21839-2008areputforward.anditispointedthattheresultshavenotcomparabilitybyadoptingASTMA4166andGB/T218392008tomeasureduetodifferentloadingparameters.Keywordsstressrelaxation:pre.stress;steelstrandedwire;relaxationtest;teststandard2009年中国预应力钢绞线产能已突破350万t,产量不低于200万t.应力松弛是预应力钢绞线的重要性能指

6、标,因为预应力钢材的拉应力松弛特性关系到结构应力在未来的可能变化,过于低估可能造成结构安全问题.预应力钢材松弛试验是在拉应力状态和"恒应变"条件下,温度保持在(20±2),测定应力在试验期间的损失率.在过去的20a,我国的预应力钢材应力松弛试验方法发生过一些变化,早期采用的检测方法是依据ASTMA416_06¨和ASTME3282l2的相应条款,钢绞线产品标准GB/T5224-2003和试验方法标准GB/T101201996_4是参考美国试验材料学会的有关标准制定的,但最新的预应力钢材检测方法标准GB/T21839-200853则是参考ISOl56303

7、:2002L6J制定的.在执行各种松弛试验方法标准的过程中,对一些术语,条款的理解出现了一些疑惑或争议,影响了标准的施行.笔者就GB/T21839-2008中的术语,翻译及一些条款的说明做一些探究,以有利于检测人员正确理解和应用该试验方法,并推动相关标准的改进1GB/T21839-2008存在的问题1.1术语使用不准确GB/T21839-2008的10.3条款,出现的"精度"和"分辨率"属于不规范的术语,精度是尽量回避使用的淘汰术语,而分辨率不属于计量术语.在最新的JCGM200:2008(国际计量词汇基础,通用概念及相关术语(VIM)73和JJF100

8、1-1998(通?64?金属制品第36卷用计量术语及定义中,都没有精度和分辨率,能找到的相应术语为"最大允许测量误差"及"分辨力".JCGM200:2008中的测量精度是指在规定条件下,对一个样品或类似样品多次测量所获得的指示值或测量量值的一致程度.测量准确度是一种定性而非定量的判断,是测量结果与被测量真值之间的一致程度.测量不确定度是定量表示测量结果的参数,反映测量结果的分散性.误差也是定量表示测量结果的参数,是反映测量结果与被测量真值的接近程度.准确度不是定量表示测量结果品质的参数,而是定性表示测量结果的品质,准确度等级是一个定性的指标,不是定量指标

9、.1.2表述不当GB/T21839-2008的10.2.3条款为"在松弛试验取样的附近再取两个试样,两试样用于测定试样最大力F的平均值",F本身是最大力平均值,条文中"最大力F的平均值"显然使用不当,应为"最大力的平均值F".ISOl563O一3:2002原文本意也是"如初始应力规定为最大力均值的百分率,如70%,应在邻近松弛试样处取两个试样测定最大力的均值F".ISO标准之所以用"如",是因为是否采用最大力均值的一定百分率为初始应力取决于产品标准,而不是试验方法标准.2GB/T21839-20

10、08部分条款的理解和分析2.1主要松弛试验方法标准的比较为了准确理解试验方法,对试验方法的标准进行比较,常用的松弛试验方法重要参数比较见表1.ASTME3282短时试验为200h,同轴度采用E1012的测量方法,要求在15%以内.ISO156303:2002和GB/T21839-2008规定应变最大允许测量误差为±1%,短时试验不小于120h.表1采用规范计量术语比较了3个标准中对松表1常用的松弛试验方法重要参数比较Table1Theimpoantparameterscontrastofcommonrelaxationtestway弛试验结果有重大影响的主要试验参数(未包括加载和温度

11、控制参数)的规定,有助于使用者了解几个标准之间的差异,这些规定是基于试验要求,试验仪器设备技术水平制定的.可以看出GB/T21839-2008与ISO156303:2002是基本相同的,GB/T218398的规定更加详细,但ASTME3282对同轴度有明确的定量指标要求.2.2力值和同轴度表1列出了GB/T21839-2008对力值最大允许测量误差的规定,该规定主要根据我国仪器设备的制作水平确定,力值分辨力不低于5×10Fo是适当的,因为当初应力在这个范围变化时松弛率就会产生0.05%的差异,要求更高时由传感器等构成的测试系统就较难满足.GB/T21839-2008未对试验机提出同轴

12、度要求可能是个缺憾,笔者还没有见到对这个问题进行研究的文章,但考虑到试验初期,偏心对样品在夹具中的稳定过程是有影响的,ASTME3282的相关规定值得借鉴,可以作为试验机出厂检验项目.2.3引伸计的选择GB/T12160-2002单轴试验用引伸计的标定规定,应变最大允许测量误差±1%的引伸计第1期段建华:预应力钢绞线松弛试验方法标准的探讨?65?为1级.按此标准,相应标距的相对最大误差为±1%;分辨力不大于读数的±0.50%,绝对值为1.0Ixm;系统相对误差不大于±1%,绝对误差不大于-4-3.0m.所采用标定器的分辨力绝对值不大于0.5m.GB/T2

13、1839-2008规定测量应变时分辨力为5×10I¨L,如果引伸计的标距为lm,分辨力要求为5×10×1In=5m,配置分辨力为1m千分表的一级机械式引伸计即可满足要求.为确保引伸计的标准化,GB/T21839-2008应引用GB/T12160-2002的有关规定.2.4应变恒定水平ASTME328_02对试样应变恒定水平的限制比国标低,如果试验机确实有这么大的应变变化范围,松弛检测的准确性肯定更差,另外该标准对试样提前放进实验室的时间也没有规定,这也是一个不足.制定GB/T21839-2008的10.4.5条款时,对如何正确翻译ISO156303:20

14、02的8.4.5条款出现过一些疑惑和争议,最终定稿为:"在测量期间./的变化范围不应超过5×10,在随后的2次连续测量中的变化不应超过5×10".如何正确理解该条文?首先应明白测量读数不是连续的,总是按照一定的频率读取的,在读取数值期间,试样的应变可能是变动的,标准限制这种变化不能大于5×10,连续2次的应变读数结果也可能出现不同,这种差异被标准限制在不能大于5×10.采用胡克定律可以估算这种变动的影响:Atr:Ae×E.(1)式(1)中,Ao"为应力变化量,为应变变化量,E为钢绞线弹性模量,取1.95X10MPa

15、.设初始应力为1302MPa,5×10的应变差异对应的应力差异为5×10.X1.95×10'MPa=9.75MPa,产生的松弛率差异为(9.75/1302)×100%=0.75%.考虑到低松弛级规定的最大松弛率为2.5%(规定初载为公称最大力的70%时),0.75%是一个不小的值,实际上对2m标距的卧式松弛试验机来说,零时刻后两头锚具各内缩0.05mm就足以产生5×10的应变变化,5X10的规定是基于当前试验机技术水平.为提高检测质量,按照ISOl56303:2002的要求,应避免夹具滑动或修正其影响,夹具的设计制作,润滑状态应使夹片滑

16、移过程在零时刻前尽可能全部完成,滑动造成松弛假象,零时刻后滑动越多,对松弛测量结果的影响就越大.应变变化的测量结果可以用于修正松弛值,GB/T218392008未采纳允许修正松弛值是一个缺憾.除夹具打滑外,环境温度的变化也会造成应变变化.文献1O介绍温度变化是构成应力松弛试验测量不确定度的关键因素.杠杆式松弛试验机对环境温度较敏感,温度变化造成试样长度的变化会立刻引起杠杆系统的动作,通过影响杠杆的平衡改变张力显示值.可采用公式计算出允许的温度变化对松弛率的影响:AR=(At×OL×)/1302X100%,(2)式(2)中,AR为松弛率的变化量;At为试样温度的变化幅度,按允

17、许-4-2qC的规定,取4;Ot为试样的线膨胀系数,取11.5X10;E为弹性模量,取1.95X10MPa;1302代表松弛试验的初始应力为1302MPa,因此,R=(4×11.5×10×1.95X10)/1302×100%=0.69%.采用卧式松弛试验机时,温度变化时试样与试验机框架几乎同步变形,膨胀系数的微小差异可以忽略.试验机框架的刚性和蠕变是试验机设计时应考虑的因素,选材及截面设计应使试验机具有足够高的刚度,这样可以忽略蠕变的影响.2.5加载参数ASTMA416_06,ISO1563O:2002及GB/T21839-2008等3个松弛试验标准中加

18、载参数也是不同的,具体参数见表2.表2松弛试验加载参数比较Table2Theloadingparameterscontrastofrelaxationtest考虑到初期的松弛较明显,采用5min加载会比6min加载得到更大的松弛率结果,2rain保持载荷的规定会明显降低松弛值,因此采用两类不同的方法测试的结果没有可比性.当然,由于ISO和GB/T标准未规定加载时间的下限,也可能因为加载过快增大松弛值.?66?金属制品第36卷3结语制定标准时应严谨地采用规范术语,尤其是计量术语,如GB/T21839-2008中"精度"和"分辨率",最好采用规范术语,分别更

19、正为"最大允许测量误差"和"分辨力",另外因翻译,起草标准时所依据的标准不同而造成的一些错误也应更正.考虑到试验时有些滑动是可以检测的,建议GB/T2l8392008采用ISOl56303:2002中的"允许修正滑动对松弛值的影响",并增加试验机的同轴度要求.南于加载参数的不同,采用ASTMA416-06测试的结果与采用GB/T21839-2008测试的结果没有可比性.另外,针对大量松弛试验机未配备应变监测手段的情况,采用标距不小于11TI的1级引伸计就能满足要求,不一定要用非常昂贵的引伸计.参考文献1A1技术委员会.ASTMA416

20、/A4l6M6预应力混凝土用无涂覆层七丝钢绞线S.美国:美国材料与测试协会,2006.2E28技术委员会.ASTME32802材料与结构的应力松弛试验方法S.美国:美国材料与测试协会,2002.3毛爱菊,张秀凤,段建华.GB/T5224-2003预应力混凝土用钢绞线S.北京:中国标准出版社,2003.4梁新帮,李久林,张克球.GB/T10120-1996金属应力松弛试验方法s.北京:中国标准出版社,1996.5朱建国,张莹,崔丽鑫.GB/T21839-2008预应力混凝土用钢材试验方法s.北京:中国标准出版社,2008.f6ISO/TC17,SC16.ISO156303:2002混凝土加强及预

21、应力用钢材检验方法第3部分:预应力钢材S.瑞士:国际标准化组织,2002.7计量指引联合委员会第2工作组.JCGM200:2008InternationalVocabularyofMetrologyBasicandGeneralConceptsandAssociatedTerms(VIM)s.法国:国际计量局,2008.8罗振之,施昌彦,金华彰.JJF1001-1998通用计量术语及定义s.北京:中国计量出版社,1998.9峦恩超,王春华,陶立英.GB/T12160-2002单轴试验用引伸计的标定S.北京:中国标准出版社,2002.10陈绪宏,于翔.预应力混凝土用钢绞线应力松弛试验结果不确定度的评定和分析J.理化检验一物理分册.2008(1):l4一l6.(收稿日期:20090820)作者简介段建华1963年生,教授级高级工程师,江西新华金属制品有限责任公司总工程师.(上接第62页)货要求,屈强比较为合理(0.650.67),1/2冷顶锻合格率达100%,有利于标准件厂进一步深加工.2.8盘条冷镦标准件的效果产品发往上海标五高强度紧固件有限公司,经退火,淬火,回火热处理后,所生产的各种规格12.9级螺栓,螺柱,内六角螺钉(圆柱头,沉头,