CN108362536A - 一种带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法；针对现有技术中钢筋轴向疲劳性能测试存在的问题，所述的带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法以试样中心轴为车床回转轴线，保证试样被车削加工部位的轴对称性，防止了表面应力的集中，能够严格保持试样有效自由段的试样表面和内部原有状态，保证了疲劳试验试样的性能与母材的一致性，提高试验的成功率，简化试验机的工装，即在垫片的保护下利用通用的钢筋拉伸试验细牙夹具，就能开展疲劳试验。

Description

一种带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法

技术领域

本发明属于带肋钢筋测试领域，具体涉及一种带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法。

背景技术

根据标准GB/28900、GB/T21839规定，带肋钢筋的轴向疲劳试验，要求在夹持部位之间的自由段(平行长度)的表面不应进行任何形式的表面处理。试验过程中，如果试样破坏发生在夹持部位或距夹持部位2d的距离内(称为过渡段)，试验被视作无效。在实际操作中，如果试样的夹持部位不经过适当加工并采取适当的夹持方式，由于表面的横肋和纵肋造成应力集中，带肋钢筋最容易首先在被夹持部位或者过渡段，发生破坏，从而导致试验无效。

带肋钢筋产品标准对试样夹持部位的处理方法和具体的夹持方法都没有明确规定。经查阅现有技术，其中，专利CN201420356834.1设置的复合夹具，夹具与试样接触的部分带有螺纹，试样被夹持部位必须加工成对应的外螺纹才能被夹持住，如果是带肋钢筋的话，必须首先去除被夹持部位的纵肋、横肋，再在表面加工出螺纹，这样会导致被夹持部位的钢筋受力的有效横截面积减少，容易导致试样在夹持部位失效，因此，该夹具不适合带肋钢筋的夹持，只适合机械零部件的疲劳性能检测(平行段横截面小于夹持段)。

专利CN201420569830.1的轴向疲劳性能试验用夹具，与前一个专利类似，不适合带肋钢筋的轴向疲劳试验。

专利CN201220040032.0的夹具设计只适应三面肋的冷轧带肋钢筋，而且，夹具操作复杂，并没有解决钢筋的横肋在自由段端部(靠近夹具附近)造成的应力集中问题。

专利CN201420074818.3所设计的夹具，只适应矩形截面的机械零件或材料试样的夹持。

专利CN201620858371.8所设计的夹具，如果夹持带肋钢筋，必须用熔融状态的低熔点金属填充在夹持部位的间隙中，而较高温度(一般达到400℃以上)的金属溶体，在冷却过程中，必然将部分热量从试样夹持段传递到平行段，导致平行段的温度在试样试验前期一定时间内升高到一定温度，这实际上已经一定程度的对试样的原始状态造成了影响。

专利CN201520199929.1设计的夹具，对应不同规格的带肋钢筋，截距规格复杂，而且，并没有解决靠近夹持段的平行段部位的钢筋肋的应力集中问题。

专利CN201420074818.3设计的夹具实际上是专门用于钢绞线试样的夹持，不适用于带肋钢筋。

现有技术中，期刊文献(林晨，曹玉鹏，王廷和.400MPa和500MPa钢筋疲劳强度规范的研究[J].青岛理工大学学报，2007，28(4)：11-13)介绍的试样两夹持端加热淬火提高试样夹持部位硬度防止试样在夹持部位失效的试样处理方法，效果非常明显，但是，在端部加热过程中，由于热传导，平行段经过一次加热和冷却，对平行段的试样原始状态有一定影响。

期刊文献(刘新.论如何有效降低钢筋疲劳试验的断头率[J].工业建筑，2010，40(增刊)：807-809)对试样夹持位置及该位置附近的平行段进行机加工，夹持部分及靠近夹持部分的平行段，被加工成变截面的圆棒，截面最小的位置就是靠近自由段的夹具端部位置，变截面圆棒的两端端部，保持钢筋原貌，然后，对变截面圆棒进行滚压，提高表面硬度，最后对钢筋两端部镦头，这种试样处理方法，试样加工工序多，需要车床、磨床、辊压机、镦头机，必须使用专用夹具，不能使用普通的细牙夹具夹持试样，导致试验设备的工装(夹具)通用性差。

现有技术中的试样加工方法，没有强调试样夹持部位受力必须与试样中心轴对称；也没有公开具体的试样加工方法以保证试样夹持部位受力与试样中心轴对称。如果试样夹持部位受力与试样中心轴不对称，容易造成试验失效。因此开发一种带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法是所属技术领域中一项重要的研究内容。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法。与现有技术中的试样加工方法相比，本发明的方法在大幅提高试验成功率的同时，保证了试样性能与母材的一致性，利用通用的钢筋拉伸试验细牙钳口，就能开展疲劳试验，简化了检测设备工装。

本发明的方法用于轴向疲劳试验的带肋钢筋试样；将试样两端的拟夹持部分、靠近夹持部位自由段两端的各2d的长度部分，进行机加工和表面硬化，其中，d为钢筋试样的公称直径；再用硬度小于试样表面硬度的薄金属片包覆试样的拟夹持部位，采用带细牙的带肋钢筋普通夹具(钳口)，将带肋钢筋疲劳试样装载在试验机上开展疲劳试验。

具体的，本发明的技术方案如下。

一种带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法，包括如下步骤：

步骤(1)，确定试样两端拟夹持部分的长度，该长度等于夹具(钳口)的棒材拉伸试样夹块的高度；将试样两端拟夹持部分加工成圆柱体，所述的圆柱体即为夹持部位；

优选的，所述的圆柱体加工方法是：以试样中心轴为车床回转轴线，通过车削方法将试样两端拟夹持部分的表面纵肋、横肋、钢筋内径表面黑皮(即氧化铁皮)去除，两端的拟夹持部位被加工成光洁的圆柱体，圆柱体直径等于钢筋最小内径；

步骤(2)，将试样自由段两端距夹持部位各2d的长度的部位，车削加工成高度各为2d的圆台，所述的圆台即为夹持过渡段；设置圆台状的夹持过渡段可以减缓试样夹持部位与试样自由段端部由于表面形状突变导致应力集中而降低疲劳强度；

优选的，所述的圆台加工方法是：以试样中心轴作为车床回转轴线，按圆台形状车削加工；其中，圆台的小底面直径是夹持部位的圆柱体直径，圆台的大底面直径是自由段保持试样原貌的横截面，即钢筋的外轮廓最大直径；圆台的母线与圆柱体母线相交，相交位置圆角过渡；

优选的，所述的圆角半径不小于5mm；其中，实际车削的部分基本上是该部位的钢筋纵肋和横肋；

步骤(3)，利用磨床或磨抛机，将试样两端的夹持部位和两个夹持过渡段的侧表面进行磨抛，以保证试样被车削加工部位的表面不存在肉眼可见的垂直于轴向的加工痕迹；

优选的磨抛后表面的粗糙度优于Ra5μm，以防止被夹持部位和圆台过渡段被车削的表面，由于粗糙而引起应力集中，降低表面疲劳强度；

步骤(4)，对经磨抛的表面进行冷态锤击硬化，以进一步提高被抛磨部位的疲劳强度和表面硬度，使被抛磨部位的疲劳强度稍高于拟检测的有效自由段的疲劳强度；

优选的，所述的锤子的表面粗糙度优于Ra5μm；

步骤(5)，采用对应试样规格范围的带有细螺牙的通用带肋钢筋拉伸试样夹具(钳口)，将其安装在动态拉伸试验机上；

步骤(6)，利用厚度稍大于夹具(钳口)的细螺牙高度、硬度小于带肋钢筋表面硬度的金属薄片作为垫片；优选垫片为1～2mm厚度的铝片或铜片；选择合适长度和宽度的垫片可以将试样两端的夹持部位与夹具(钳口)接触部分隔离，防止夹具(钳口)的带牙的内表面与试样表面直接接触而造成试样被夹持位置损伤从而降低被夹持位置的疲劳强度；

其中，优选的，所述的垫片的硬度小于带肋钢筋的硬度；

所述的垫片的厚度应稍大于夹具(钳口)的细牙高度，优选为1～2mm：

所述的垫片的高度大于夹具(钳口)的高度，优选大于试样夹持部位的长度和夹持过渡段长度之和；

所述的垫片的宽度应保证将试样两端的拟夹持部位与钳口接触部位完全隔离；

在夹持试样之前，为了便于将垫片塞入试样和夹具(钳口)之间，将垫片弯折一定角度，例如90°；

步骤(7)，按照轴向疲劳试验程序，在保证试样与夹具(钳口)接触的部位完全被垫片隔离的前提下，将试样夹持在试验机上进行疲劳试验。

本发明取得了显著的技术效果和进步。

本发明针对现有技术中钢筋轴向疲劳性能测试存在的问题，公开了一种带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法。本发明的加工方法，能够严格保持试样有效自由段的试样表面和内部原有状态，提高试验的成功率，简化试验机的工装。

本发明的方法降低了试件在夹持部位或夹持部位附近(过渡段)提早形成疲劳损伤的风险，显著提高试验成功几率。首先，将试样被夹持部位的表面、自由段和夹持段之间的过渡段的表面平滑化，减少表面形状突变导致应力集中，从而提高对应部位的疲劳强度；第二，通过磨抛被车削的表面，提高表面光洁度，从而提高对应部位表面疲劳强度；第三，在圆柱体和圆台的车削过程中，以试样中心轴为车床回转轴线，保证试样被车削加工部位的轴对称性，从而保证疲劳试验过程试样受力的轴对称，防止了表面应力的集中，防止试样受到非轴对称的力引起试样失效；第四，对被磨抛的表面进行冷态锤击提高表面硬度，进一步提高对应部位表面疲劳强度；第五，用硬度小于试样表面硬度的垫片将试样表面与夹具(钳口)隔离，防止试验过程夹具(钳口)对试样表面的损伤而降低疲劳强度。

综上，本发明的加工方法，以试样中心轴为车床回转轴线，保证试样被车削加工部位的轴对称性，防止了表面应力的集中，能够严格保持试样有效自由段(有效自由段即自由段总长度减去自由段两端各2d长度的试样部分)的试样表面和内部原有状态，即保证了疲劳试验试样的性能与母材的一致性，提高试验的成功率，简化试验机的工装，即在垫片的保护下利用通用的钢筋拉伸试验细牙夹具(钳口)，就能开展疲劳试验。

附图说明

图1为本发明的试样加工示意图。

图2为本发明的试样加工局部示意图。

图3为本发明的试样、钳口、垫片组合示意图。

附图中，相应的附图标记表示的是：

1——带肋钢筋疲劳试验试样；

2——试样夹具(钳口)，其中，2-1、2-2为上钳口，2-3、2-4为下钳口；

3——垫片，其中，3-1、3-2为上垫片，3-3、3-4为下垫片；

h1——钳口高度；

L——试样自由段长度，L≥MAX(140mm，14d)，即L取值为140mm和14d之间的较大值，d为钢筋的公称直径；

L1——试样被夹持段的长度，其中，L1＝h1；

L2——试样靠近被夹持部位的过渡段长度，其中，L2＝2d；

L0——试样总长度，其中，L0＝L+2L1；

h2——垫片高度，其中，h2≥h1+L2；

t——垫片厚度；

W——垫片宽度；

W1、W2——垫片被折弯后两边的宽度，其中，W1+W2＝W，W1≈W2：

D1——试样被夹持段L1被加工后的直径，其中，D1＝内径最小值；

D2——试样外轮廓直径，其中，D2＝试样内径+2倍试样纵肋或横肋高度(取其中最大者)；

R——被夹持段圆柱体和过渡段圆台的母线相交处的圆角半径。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明作进一步的描述。

本发明公开的一种带肋钢筋轴向疲劳性能试验的试样加工方法，用于轴向疲劳试验的带肋钢筋试样1；将试样1两端的拟夹持部分L1、靠近夹持部位自由段两端的各2d(d：钢筋的公称直径)的长度L2，进行机加工和表面硬化，再用硬度小于试样表面硬度的薄金属片3(如铝片或铜片)包覆试样的拟夹持部位，采用带细牙的带肋钢筋普通夹具(带细牙的钳口)2，将带肋钢筋疲劳试样1装载在试验机上开展疲劳试验。

具体的，本发明的一种带肋钢筋轴向疲劳性能试验的试样加工方法，包括如下步骤：

步骤(1)，确定试样1两端拟夹持部分的长度L1，该长度L1等于带细牙的棒材拉伸试样夹块(或钳口)2的高度；将试样1两端拟夹持部分L1加工成圆柱体；

具体加工方法是：以试样中心轴为车床回转轴线，通过车削方法将试样两端拟夹持部分L1的表面纵肋、横肋、钢筋内径表面黑皮(即氧化铁皮)去除，两端的拟夹持部位L1被加工成光洁的圆柱体，此时，圆柱体的直径D1为试样1内径的最小值；

步骤(2)，将试样1自由段两端的长度为L2的部位作为夹持过渡段，L2＝2d，d为试样1的公称直径；

具体加工方法是：以试样中心轴作为车床回转轴线，按“圆台”形状车削加工该过渡段L2；其中，“圆台”高度为2d，底部直径为D1，顶部直径为D2，D2为试样1的外轮廓直径，可取D2＝D1+2×纵肋或横肋高度(取其中的最大值)；圆台的母线与圆柱体L1母线相交，需圆角过渡，优选的圆角半径不小于5mm；夹持过渡段L2被车削的部分基本上是该部位的钢筋纵肋和横肋；

步骤(3)，利用磨床或磨抛机，将试样1两端拟被夹持的圆柱部分L1和两个圆台部分L2的侧表面的车削面进行磨抛，保证被车削部位的试样表面不存在肉眼可见的垂直于轴向的加工痕迹；优选的粗糙度优于Ra5μm，以防止被夹持部位L1和圆台过渡段L2表面粗糙引起应力集中而降低疲劳强度；

步骤(4)，对已经加工的表面进行冷态锤击硬化，以进一步提高试样1被夹持部位L1和过渡段L2的表面疲劳强度，使该两个部位的疲劳强度稍高于拟检测的有效自由段的疲劳强度；优选的，锤子的表面粗糙度优于Ra5μm；

步骤(5)，选择试样夹具(钳口)2，采用对应试样1规格范围的带有细螺牙的通用带肋钢筋拉伸试样夹具(钳口)2，将其安装在动态拉伸试验机上；

步骤(6)，选择垫片3，所述的垫片3的材质应为硬度小于带肋钢筋硬度的金属薄片如铝片或铜片；所述的垫片3的厚度t，应稍大于夹具(钳口)2的细牙高度，一般为1～2mm；所述的垫片3的高度h2，必须大于钳口2的高度h1，优选取h2≥L1+L2；所述的垫片3的宽度W的取值，需保证将试样两端的拟夹持部位L1与钳口接触部位完全隔离；在夹持试样之前，为了便于将垫片3塞入试样1和钳口2之间，最好将垫片弯折一定角度，例如如90°；

步骤(7)，按照轴向疲劳试验程序，在保证试样1与夹具(钳口)2接触的部位完全被垫片3隔离的前提下，将试样1夹持在试验机上进行疲劳试验。

上述的加工方法以试样中心轴为车床回转轴线，保证试样被车削加工部位的轴对称性，防止了表面应力的集中，能够严格保持试样有效自由段的试样表面和内部原有状态，保证了疲劳试验试样的性能与母材的一致性，提高试验的成功率。

Claims (8)

1.一种带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法，其特征在于：试样夹持部件受力与试样中心轴对称。

2.一种带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验用试样的加工方法，其特征在于：试样加工方法中需保证试样夹持部件受力与试样中心轴对称。

3.根据前述方法，其特征在于：可保证所得试样性能与母材性能的一致性，且可利用通用钢筋拉伸试验细牙钳口开展疲劳试验。

4.根据前述方法，其特征在于：能够严格保持试样有效自由段的试样表面和内部原有状态，提高试验的成功率，简化试验机的工装。

5.根据前述方法，其特征在于：所述有效自由段即自由段总长度减去自由段两端各2d长度的试样部分。

6.一种试样，用于带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验，其特征在于：其夹持部件受力与试样中心轴对称。

7.一种试样，用于带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验，其特征在于：试样加工方法中需保证试样夹持部件受力与试样中心轴对称。

8.试样在带肋钢筋轴向拉伸疲劳试验中的应用。