人工应变时效对HRB400E级钢筋力学性能的影响*

汤 岩，彭福杰，王皓然，王春雪，单玮龙

宿迁学院建筑工程学院，江苏 宿迁 223800

抗震设计用钢的抗震性能指标主要包括高应变低周疲劳性能、应变时效敏感性、韧脆转变温度、可焊性及强度与塑性的配合五个方面的指标。对于钢筋使用的安全性，钢筋的应变时效敏感性对钢筋力学性能有着极大的影响。应变时效是钢材经过冷加工塑性变形及焊接内应力变形使钢材强度与硬度升高而塑性与韧性下降的一种物理现象。文章对HRB400E级抗震钢筋的应变时效敏感性进行了研究，应用人工时效的办法，通过调控环境温度和预应变量研究二者对钢筋应变时效敏感性、塑性的影响。

1 试验方法

试验采用HRB400E级抗震钢筋，其化学元素含量如表1所示。时效方法为预应变施加以后分别将试件加热至100℃、200℃，时效分别为1h、2h。每个参数下的钢筋数量为2根，具体试件参数如表2所示。其中，L代表无预应变，R代表人工时效。此次试验分为两个阶段，第一阶段为预应变加载阶段，结束后，分别进行不同的时效处理，第二阶段将试件加载至试件拉断。试验加载装置如图1所示。

表1 HRB400E级抗震钢筋化学元素含量 单位：%

表2 应变时效参数及试件编号

图1 试验加载装置图

2 试验结果

2.1 单向静拉试验结果

为充分了解钢筋的力学性能，首先对钢筋进行单向拉伸试验，试件为2根，单向拉伸的结果如图2所示，静拉试验力学参数如表3所示。由图2、表3可知，2根钢筋实测的力学性能参数差异性不大，试验具有稳定性及可靠性。

表3 HRB400E钢筋静拉试验力学参数表

图2 HRB400E钢筋静拉试验结果

2.2 人工时效敏感性结果

不同预应变下钢筋的应力-应变曲线如图4所示，取不同温度及时间时效下，钢筋的最大应力水平及最大力处应变值，综合评价不同应变时效对钢筋的力学性能指标的影响。各数据取2根钢筋的平均值，评价结果如图5所示。由图5可知，经过预应变人工时效处理后的钢筋力学性能有很大变化，最大应力值都比静拉试验数据高，高应力主要集中在7%～8%应变附近，而且随着温度及时效的增加，最大应力值也会随着增加，最高应力增加幅值在25%。最大力处应变普遍降低，均没有超过9%，而且随着时效的增加，应变值降低。

图4 不同预应变下钢筋的应力-应变曲线

图5 不同应变时效处理后钢筋的力学参数值

3 结束语

文章通过人工时效的办法（温度、时间）对HRB400E级钢筋进行应变时效敏感性分析，通过5%～10%预应变的施加，控制温度100℃、200℃，时间1h、2h这三个参数，对钢筋的基本力学性能进行测试，得到了以下结论。（1）HRB400E级钢筋对应变时效敏感性较大，施加预应变以后的钢筋，再次进行单向拉伸时，屈服台阶消失，原有的4阶段变化曲线变为2阶段，即弹性段和强化段，而且强化段上升幅度很小；（2）温度和时间的人工时效处理对HRB400E级钢筋的力学指标有较大影响，从最大应力和最大应力处应变值来看，最大应力值均有所提升，最高提升幅度25%，但钢筋塑性降低明显，从13%下降到6%左右，因此实际应用时必须考虑应变时效对钢筋性能的影响。