浅谈钢绞线等温松弛试验新方法的认识

朱清伟

（山西省公路局 晋城分局试验室，山西 晋城 048026）

1 新旧试验方法操作对比

1.1 GB/T10120—1996《金属应力松弛试验方法》（以下简称旧标准）

旧标准方法描述如下：试验温度为20±2℃，试样应置于试验环境中足够的时间，确认达到温度平衡后施加初始试验力；初始试验力为钢绞线公称最大力的60%、70%或80%；在3～5 min内均匀地施加全部初始试验力；在加力过程中不应超过初始试验力；初始试验力保持时间为1 min；松弛率按式R(%)=（F0-Fr）/F0×100进行计算；可以采用试验数据的线性回归方法对试验数据进行推算，推算1000 h的应力松弛性能时，建议最短试验时间不少于100 h。

1.2 GB/T5224—2014《预应力混凝土用钢绞线》

钢绞线松弛试验按照GB/T21839—2008《预应力混凝土用钢材试验方法》（以下简称新标准）进行，方法描述如下：试验温度为20±2℃；在试验前，试样应至少在松弛试验室内放置24 h；在整个试验过程中，力的施加应平稳，前20%F0可按需要加载。从20%F0～80%F0应连续加载或者分为3个或多个均匀阶段，或以均匀的速率加载，并在6 min内完成。当达到80%F0后，80%F0～100%F0的过程应连续加载，并在2 min内完成；当达到初始载荷F0时，力值应在2 min内保持恒定，2 min后，应立即建立并记录t0；初始试验力要求如无特殊要求只进行初始力为70%实际最大力Fmax的松弛试验；在加力过程中不应超过初始试验力（初始试验力小于等于1000 kN）的±1%；试验时间不少于120 h；外推1000 h 的公式为：logρ=Alogt+B。

由上述方法可知：a）加载时间由原来的3～5 min，变为从20%理论初始载荷到100%理论初始载荷，分段进行，每段2 min，8 min完成，可见对加载过程的匀速加载更加重视，而在旧标准中规定在3～5 min内均匀地施加全部初始试验力，其实按照旧标准试验时在施加初始载荷时并不能保证均匀，而是在开始的1～2 min内荷载增长快，逐渐趋于平缓，而利用新标准进行分段均匀加载是保证后续松弛试验过程的客观性和试验结果可比对的重要基础。

b）新标准的持荷时间由原来的1 min提高到了2 min，持荷时间内，正是锚具跟进后蠕变发展的过程，持荷时间过短，会使得锚具跟进变化被看做钢绞线松弛变化，持荷2 min，锚具跟进变化的大部分已经完成，对后续钢绞线松弛试验的影响明显减小。

c）在旧标准中加力过程不应超过初始试验力，不好进行控制，因为在持荷过程中是通过变频器或伺服电机来进行控制。而新标准中正是解决了这一不合理的规定，在加力过程中不应超过初始试验力（初始试验力小于等于1000 kN）的±1%，这样更加合理和真实地记录了初始试验力。

d）初始载荷由原来的公称最大拉力的70%，变为实际最大拉力的70%，试验初始载荷有所提高，对于钢绞线松弛特性优劣（依松弛率）判断更加客观，从另一方面讲，对实验载荷条件提出了更加严格的要求。

2 新标准结果的合理性判断

a）新标准最为重大的变化是，将描述钢绞线松弛过程的曲线坐标由原来的“力值-时间对数”，变为“松弛率对数-时间对数”坐标，其线性回归处理在“松弛率对数-时间对数”坐标系里，大量试验证明其线性关系反应在试验开始后的约2 h，采用新标准的“松弛率对数-时间对数”坐标进行处理数据时，发现约2 h前的数据并不成线性关系，可以理解为2 h前，钢绞线松弛以及锚具跟进变化等各项原因造成了在新坐标系中的曲线不为直线，直到2 h左右以后，依此段到120 h的试验数据进行直线线性回归，进一步外推1000 h，发现其结果更加接近真正1000 h试验的结果（此处可采取线性回归相关系数指标，进一步通过统计原理确认双对数坐标曲线拟合结论准确），本试验室使用北京科瑞思创测控科技有限公司开发的预应力钢材的松弛试验软件采集1000 h，松弛结果见表1。

表1 1000 h钢绞线松弛实测值

表2 数据推算列表

b）从表1中可以看出初始荷载为182.6 kN，1000 h荷载为180.4 kN，松弛率为1.205%。

c）表2中给出了采用不同的采集数据至120 h来推算1000 h松弛率。

d）在旧标准的坐标系里，利用回归方程为：F=Alogt+B拟合120 h的松弛曲线推算1000 h的松弛率（F=-0.39635×logt+181.88511，松弛率为1.04269%）。

e）结论：（a）如果将2 h前的数据参与计算时，见表2，违背了新标准的线性回归要求，且数据明显与真实值偏离，同时可见约2 h以后的曲线直线特性十分突出，线性拟合后，拟合曲线与试验曲线十分吻合，外推结果更加客观可信。

（b）旧标准采用的外推公式及计算结果方法有可能会发生结果的误判现象，这将给工程留下质量隐患。

（c）旧标准的数据处理方式与方法已经不适用，使用新标准时并不能简单地修改加荷、持荷时间就认为满足标准要求，更主要的是必须更改数据处理系统来完成与新标准的对接。

3 新标准中关于应变测量的认识

新标准对于试验装置反力结构刚度有了清晰的描述，给出了反力结构变形长度测量及曲线记录要求，虽然此应变变化可等同反映在钢绞线试件上，但该测量引伸计不能采用常规机械式，机械式引伸计长时间测量其稳定性不能保证，必须采用光学引伸计，以反力结构总长度测量最为准确反映应变变化情况。

4 结语

预应力钢丝、钢棒及钢绞线的应力松弛试验是一项关乎建筑物安全的十分重要的试验。其试验方法也随着技术进步以及标准更新，一步步完善，试验数据及试验结果更加准确客观。纵观钢绞线松弛试验标准近20年的发展，试验时间、加载时间、持荷时间的规定均有所变化，描述松弛过程的曲线坐标从“力值-时间对数”，改变为“松弛率对数-时间对数”坐标，松弛过程的特征值同样也发生了很大变化。可以说松弛试验从加载控制到试验数据处理全面更新，按照新标准规定，试验数据外推结果更加接近真实情况，有效减少误判发生。

试验时间由10 h，到100 h，再到120 h，直接增加了试验数据积累总量，对于相同的外推1000 h松弛率而言，线性回归直线更加仿真，外推结果的真实性在时间对数坐标轴上可见10～100 h是成倍提高的，达到120 h则更加有所保证。