项目十二 钢筋抗拉试验

一、项目要求 某小学教学楼，框架三层，建筑面积4103平方米。钢筋总用量210吨，其中HPB300 d=10mm,42吨，绑扎连接；HRB400 d=10mm,54吨，绑扎连接；HRBF400 d=16mm,58吨，电渣压力焊；HRBF400 d=20mm,56吨，电渣压力焊。试对该教学楼钢筋进行抗拉性能检测。

二、项目分析 　 由于拉伸是建筑钢材的主要受力形式，所以抗拉性能是表示钢材性能和选用钢材的重要指标，一般可通过拉伸试验来测定，以屈服强度fy、抗拉强度fu和伸长率δ等指标来表示。本项目中钢筋HPB300 d=10mm；HRB400 d=10mm；HRBF400 d=16mm；HRBF400 d=20mm都需要做抗拉性能检测。

理论链接 1 钢筋的牌号 热轧带肋钢筋是经热轧成型，横截面通常为圆形，表面带有两条纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋的成品钢筋，俗称螺纹钢。粗糙的表面可提高混凝土与钢筋之间的握裹力，其牌号的表示是由字母HRB或HRBF和屈服强度特征值构成，HRB是热轧带肋钢筋（Hotrolled Ribbed Bars）的缩写，F表示细晶粒热轧钢筋。热轧带肋钢筋分HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、HRB500和HRBF500六个牌号。

三、项目实施的路径与步骤 (一)项目路径 第一步 取 样 第二步 仪器准备、试件制作 第三步 拉伸检测 第四步 数据处理

　　 (二)项目步骤 第一步取样 (20分钟)

第二步仪器准备、制作试件(40分钟) 1、仪器准备(20分钟) d、卷尺 2M 　　第二步仪器准备、制作试件(40分钟) 1、仪器准备(20分钟) a、万能试验机 600B 微机屏显液压式 b、游标卡尺 0­—100mm c、连续式标点机 BD-Ⅱ型 d、卷尺 2M

2、制作试件 (20分钟) 抗拉试验用钢筋试件一般不经过车削加工，可以用两个或一系列等分小冲点或细画线标出原始标距（标记不影响试样断裂），测量标距长度L0 (精确至0.1mm)

理论链接 2 钢材的冶炼、分类 冶炼:为了得到加工性能良好的钢材，需将生铁进一步高温冶炼，主要原理就是将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到一定限度，同时把P、S、N、O等其它杂质含量也降低到允许的范围内。 分类： (1)按化学成分可分为碳素钢、合金钢。 (2)按质量等级可分为普通质量钢、优质钢和高级优质钢。 (3)按冶炼方法可分为空气转炉钢、氧气转炉钢、平炉钢和电炉钢等。 (4)按冶炼过程中钢的脱氧程度不同可分为：脱氧充分的镇静钢和特殊镇静钢（代号分别为Z和TZ）、脱氧不充分的沸腾钢（代号为F）和介于两者之间的半镇静钢（代号是b）。

第三步拉伸检测(60分钟) 操作步骤： 1、将试件固定在试验机夹头内。关闭送油阀、回油阀，开动试验机，调整试验机读数，使原始读数为零。 2、打开送油阀进行拉伸，拉伸速度为：屈服前，应力增加速率按规定，并保持试验机控制器固定于这一速率位置上，直至该性能测出为止，屈服后或只需测定抗拉强度时，试验机活动夹头在荷载下的移动速度不大于试样平行长度一半每分钟。 3、拉伸中，注意观察屈服点荷载Fs，并记载。 4、向试件连续施荷直至拉断，读出最大荷载Fu，关闭送油阀，打开回油阀，关闭试验机。

钢材拉伸的四个阶段 OP—弹性变形阶段 PS—屈服阶段 Sb—强化阶段 bk—颈缩断裂阶段

钢筋拉伸的四个阶段及特征 特 征 阶 段 弹性阶段 应力增加,应变增加,并且应力与应变成正比 应力不增加,应变增加,发生屈服现象,屈服点σs 阶 段 弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段 特 征 应力增加,应变增加,并且应力与应变成正比 应力不增加,应变增加,发生屈服现象,屈服点σs 应力增加,应变增加,但不成正比,抗拉强度σb 应力降低,应变增加,发生颈缩现象后被拉断

• σ ε 性能指标σs 、σb、δ。 S b -------- σb σs ----- σ-ε曲线 屈服强度σs =FS / A 抗拉强度σb =Fb / A 伸长率δ＝(L1-L0)/L0

第四步数据处理(45分钟) 1、计算屈服强度fy，按式（7-2）计算试件的屈服强度： fy=Fs/Ao 7-2 式中 fy————屈服强度，MPa Fs————屈服点荷载，N； Ao————试件的公称横截面积，m㎡ 2、计算抗拉强度fu，按式（7-3）计算试件的抗拉强度： fu=Fu/Ao 7-3 式中 fu————抗拉强度，MPa Fu————最大荷载，N；

理论链接 3 钢材的化学成分 钢是铁碳合金，除了主要含有铁和碳外，由于原料、燃料、冶炼过程等因素使其中还有少量的难以除净的元素，如硅、氧、硫、磷、氮等。另外，在合金钢的生产过程中，为了改善钢材的性能而有意加入一些元素，如锰、硅、钒、钛等。 1、碳是决定钢材性质的主要元素。随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。 2、磷与碳相似，能使钢的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降，显著增加钢的冷脆性。硫在钢材中以FeS形式存在，FeS是一种低熔点化合物，当钢材在红热状态下进行加工或焊接时，FeS已熔化，使钢的内部产生裂纹，这种在高温下产生裂纹的特性称为热脆性。

3、氧和氮都能部分溶于铁素体中，大部分以化合物形式存在，这些非金属夹杂物，降低了钢材的力学性质，特别是严重降低了钢的韧性，并能促进时效，降低可焊性 。 4、硅和锰是在炼钢时为了脱氧去硫而有意加入的元素。通过脱氧去硫，消减了钢材的热脆性，并改善了热加工性能。其余的锰溶于铁素体中，使晶格歪扭阻止滑移变形，从而显著地提高了钢的强度。 5、钒、铌、钛 这些均是常用的合金元素，作为炼钢时的强脱氧剂，还能细化晶粒，提高钢材的强度，改善韧性和可焊性。

四、项目实施 劳动组织形式 本项目实施中，对学生进行分组，学生6-8人组成一个工作小组。组长对每名组员进行任务分配，任务分配表见表7-6。各小组制订出实施方案及工作计划，组长协助教师参与指导本组学生学习，检查项目实施进程和质量，制定改进措施，共同完成项目任务。 项目评价 按时间、质量、安全、文明、环保要求进行考核。学生按照表7-7进行项目考核评分，先自评，在自评的基础上，由木组的同学互评，最后由教师进行总结评分。

五、项目实施过程中可能出现的问题及对策 问题：屈服强度按式(7-2)计算，但计算出的结果和其他组相差很大。 原因：单位没统一。 解决措施 公式 (7-2)中屈服荷载Fs用N，公称横截面积Ao用mm2，屈服强度就是MPa。

六、项目作业 某工程用钢筋HRB400 d=14mm，测得屈服荷载Fs=67.8KN；抗拉荷载Fu=92.3KN，求该钢筋的屈服强度和抗拉强度。 七、项目拓展 延伸率测试：若上述试验中某组试件L0=80 mm，断裂后L1= 94mm，求该钢筋的延伸率δ。