毛爱菊,刘立军,潘　捷,朱　龙
（天津高力预- 预应力钢绞线有限公司,天津　300182）
[摘要] 介绍预应力钢材拉伸试验中各项力学性能指标的测定方法、注意事项及试验结果的判定。
[关键词] 预应力钢材;拉伸试验;试验方法;性能指标
[中图分类号] TU50216 [文献标识码] A 　　　　[文章编号] 100228498 （2004） 0720070203
Tension Test Methods of Prestressed Steel Materials
MAO Ai2ju , LIU Li2jun , PAN J ie , ZHU Long
（ Tianjin Golik2The First Steel Strand Co. , Ltd. , Tianjin 　300182 , China）
Abstract : In this article , authors introduce some aspects of prestressed steel material tension tests such as determination methods
of every mechanical property index , matters need attention ａnd judgment of test results.
Key words :prestressed steel material ; tension test ; test method ; performance index
[收稿日期] 2003211204
[作者简介] 毛爱菊（1963 —） ,女,天津人,天津高力预- 预应力
钢绞线有限公司高级工程师, 天津河东区富民路21 号　
300182 ,电话: （022） 84296850
　　预应力混凝土用钢材是建筑用钢材中高强度钢
材,由于其含碳量高,无明显屈服点,到达力后颈
缩小,预应力钢绞线还存在着钢丝结构变形,这些特点
使得其在试验中不确定因素较多。
2002 年我国对预应力混凝土用钢丝、钢绞线国家
标准进行了重新修订,同时金属材料拉伸试验方法也
进行了修订,对力学性能指标的定义和表示符号参照
标准进行了重新规定。本文就以预应力钢丝、钢
绞线为主, 依据《金属材料室温拉伸试验方法》GBP
T22822002 介绍拉伸试验方法。
图1 　预应力钢绞线
拉伸试验曲线
1 　预应力钢材主要力学性能指标
目前国内生产及应用的预应力钢材,采用各国产
品标准规定的力学性能指标有: ①力及抗拉强度;
②规定非比例延伸率及规定非比例延伸强度; ③弹性
模量; ④伸长率; ⑤弯曲性能; ⑥松弛性能。拉伸试验
是主要的试验项目,可同时测定①～ ④项指标。
2 　拉伸试验
通过钢材的拉伸试
验,可测定材料的弹性
模量、规定非比例延伸
强度,力及抗拉强
度、力下伸长率、断
后伸长率指标。预应力
钢绞线拉伸试验曲线如
图1 所示。
211 　试样的切取及制备
在钢材进行拉伸试
验之前,试样的切取和制备非常关键《金属拉伸试验试
样》GB639721987 对各种金属材料拉伸试样做了规定,
结合预应力钢丝、钢绞线、钢棒的产品标准,我们将试
样的切取和制备的要点归纳如下:
（1） 预应力钢丝、钢绞线、钢棒的试样应从产品上
直接切取。由于它们的*终交货状态是经消除应力回
火处理的,试样的切取应采用无齿锯（砂轮片） 切割、不
应用烧割,以免试样过热,影响其力学性能。
（2） 应从外观检查合格的产品上切取试样,表面有
磨痕或机械损伤、裂纹以及肉眼可见的冶金缺陷的试
样均不允许用于试验（供货厂家应确保提供的钢材质
量合格） 。
（3） 预应力钢材拉伸试验采用的是定标距试样,其
标距L0 和试样平行长度应按GB639721987 及产品标准
或双方协议规定进行,根据GBPT22822002 ,预应力钢材
的试样长度应符合表1 的规定。
表1 　预应力钢材的试样长度mm
预应力
钢丝
预应力
钢绞线
预应力
钢棒
原始标距L0 200 500 8 d0
平行长度Lc （试验机上下钳口之间
的距离）
≥250 ≥550 ≥150
　
试样全长L （平行长度+ 夹具内长
度）
≥350 ≥1000 ≥250
　
70
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（4） 原始标距的标记　预应力钢丝、钢棒在拉伸试
验后要测量断后伸长率。在试验之前需对试样原始标
距进行标记。首先应在试样表面划1 条平行于试样纵
轴的线,采用细划线或细墨线标记出试样的原始标距。
一般情况下可以标记一系列套叠的原始标距（ 见图
2） 。如果需要精确的断后伸长率的数值或仲裁试验,
考虑到采用移位方法测定断后伸长率,这时原始标距
的标记应采用10mm 1 个点的连续标点标记（见图3） 。
应注意不采用引起过早断裂的缺口作标记。
图2 　套叠的原始标距
图3 　连续标点标记
（5） 试样端部的处理　预应力钢材表面硬度较高,
如1860～2000MPa 钢绞线表面HRC 约为50～60 ,这就
要求试验机夹具有足够的硬度,否则试样与夹具打滑,
不能正常拉伸,一般情况试验机夹具的硬度比试样硬
度高,但是夹具硬度过高又会使试样产生机械损伤提
前断裂。因此在试验之前应将试样端部进行处理,*
好的方法是用104 乳胶将金刚砂粘到薄铝片上,再将
铝片与试样端部捆在一起。
为使试样夹持端受力均匀,对预应力钢丝、钢棒的
试样,夹持长度应大于50mm,螺旋肋钢丝的端头夹持
长度应大于1 个导程。预应力钢绞线的试样,端头夹
具长度应大于1 个捻距。
212 　试验机的要求
试验机的吨位、试验力的准确度、夹具的夹持力等
对钢材拉伸试验结果影响很大,根据GBPT22822002 规
定,结合预应力钢材产品特点,对试验机的要求归纳如
下:
（1） 试验机应选择适宜的量程。GBPT22822002 中
对Ⅰ级准确度的试验机试验力准确度规定:从每级的
20 %开始,示值精度为±1 % ,因此,试样的力在试
验机量程的30 %～70 %范围内为*佳选择。例如1 ×7
- <15124mm 1860MPa 级钢绞线, 公称力是
26017kN ,应选择测量范围为0～500kN 或0～600kN 级
别的预应力钢绞线专用试验机。
（2） 试验机拉伸钳口间距应满足产品标准中
原始标距L0 的要求。例如美国标准《预应力混凝土用
无镀层七丝钢绞线技术条件》ASTM A419299 规定,测量
伸长率时试样的原始标距L0 ≥610mm,按照GBPT2282
2002 的规定,试样的平行长度L0 ≥660mm,这就要求试
验机拉伸钳口间距大于660mm,否则会影响试验
机结果的准确度。
（3） 试验机夹具的夹持力和夹持长度应保证拉伸
过程中试样不产生滑动。按照211 第（5） 条介绍的试
样端部处理方法,为使试样在夹具内不产生滑动,试样
的夹持长度要足够长,对于1 ×7 钢绞线来讲,夹具长
度应大于1 个捻距,而且夹持力要足够大。由长春试
验机研究所研制生产的H2010 系列液压夹持装置,通
过电控开关,电磁阀将主机的油泵通往送油阀的油路
切换至液压夹持装置,借助主机油源通过电磁阀控制
上下油缸活塞,带动上下夹具钳口夹块,实现试样自动
装卸。夹持力的大小可以根据需要调节。
国内许多结构工程试验室采用套筒三片式夹具与
钢绞线锚固进行试验,如图4 所示。这种夹持方法极易
造成钢绞线刻伤而提前断裂,这一点应引起足够重视。
图4 　套筒三片式夹具与
钢绞线锚固试验
213 　引伸计的要求
引伸计是用来测量拉
伸过程中每一瞬间试样标
距内伸长量的装置。由于
引伸计是拉伸试验中关键
的变形传感元件,它的准
确度、稳定性直接影响拉
伸力学性能的测定。所以
应定期对引伸计的示值误
差进行标定,对于预应力钢材试验用的引伸计示值误
差应≤012μm,示值稳定性应≤012μm。
214 　力的测定（ Fm）
预应力钢绞线的力是指1 根或几根钢丝破坏
时试件所承受的力。由于钢绞线有着特殊的外表形状
以及很强的缺口敏感性,测定力时往往受到一些
客观因素的影响,因此应特别注意: ①试件的夹持装置
是否合理,对试件是否造成划伤,这是完成试验的必要
条件; ②适宜的加载速度是做好试验的重要保证; ③试
件破坏后,力未达到标准规定数值时,应根据破断
钢丝的断口分析破断原因。如果断口呈明显颈缩,说
明数据是真实的,如果由于夹持装置不合理或夹持装
置对试件划伤或咬伤,从而在划伤处造成应力集中,导
致试件提前在划伤处破断,该试验数据不应判为评价
依据,应重新取样测试。
215 　屈服负荷的测定（ FS）
关于钢绞线的屈服负荷,各国标准有不同的定义,
比较常见的有测非比例伸长012 %时的荷载值（ Fp012 ）
及测总伸长为1 %时的荷载（ Ft1 ） 。但不管测定Fp012或
2004 No. 7 毛爱菊等:预应力钢材拉伸试验方法 71
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Ft1 ,常见的测定方法多为图解法。因为该方法借助于
计算机,将所测荷载应变数据绘成荷载（ F）2变形（ε） 曲
线,利用F2ε曲线能很方便地计算出Fp012 或Ft1 ,具体
可参照GBPT22822002 中相关条款。
216 　弹性模量的取值与测定
弹性模量是预应力钢材的一项力学性能指标。在
拉伸试验过程中*先测得的就是弹性模量。其原子本
性因此金属经过冶炼轧制、热处理、冷拔加工等若干工
艺制成,预应力钢材这种碳钢材料弹性模量应该是
205GPa 左右。各国标准均直接给出弹性模量取值。
如:英国标准《预应力混凝土用高强度钢丝和绞线》
BS589621980 中表4“冷拔钢丝的尺寸和性能”规定弹性
模量取值为（205 ±10） kNPmm2 ,标准《预应力混凝
土用钢》ISO6934 :1991 中表2“消除应力钢丝的尺寸、重
量及拉伸性能”规定,“弹性模量可以采用（205 ±10）
GPa”《, 预应力混凝土用钢丝》GB/ T522322002 中 71316
规定:“钢丝弹性模量为（205 ±10） GPa ,但不做为交货
条件”。也就是说不需要测试弹性模量,因此对于预应
力钢丝直接取205GPa 是适宜的。
但是,以钢丝捻制成钢绞线（甚至再制成绳索） ,尽
管钢丝本身的弹性模量是不变的,但由于钢绞线各根
钢丝强度存在差异,捻股机各放线工字轮松紧程度存
在差异,钢绞线实际弹性模量与理论值存在着微小的
差异,使用单位可以根据测量值与标准给出的理论值
进行比较来评价钢绞线的质量。
但从工程含义上讲,弹性模量又是指在载荷方向
上产生单位应变所需的应力或产生伸长所需载荷,而
钢绞线整体受力和变形方向同钢丝的正弹性模量不
同,因此钢绞线的弹性模量应称为“工程弹性模量”。
如果用E 表示钢丝的弹性模量,用Ej 表示钢绞线的
弹性模量, Ej 与E 的关系因绞线结构而定。通过1 ×7
钢绞线在拉伸过程中各钢丝的受力分析推导出:
Ej = E
S中+ 6 S外cos3α
S
式中: S中———钢绞线中心丝的横截面积;
S外———钢绞线外层丝的横截面积;
α———钢绞线的捻角;
S ———钢绞线的横截面积。
以上式中看出, Ej < E ,与捻向有关。对于1 ×72
<15124mm钢绞线,各国标准中已给出了弹性模量取值
为（195 ±10） GPa ,与本文论述的Ej 、E 关系,相吻合。
也就是说钢绞线的弹性模量也不需要测试, 直接取
195GPa 即可。
217 　钢绞线伸长率的测定
各国标准对钢绞线伸长率的测定方法有所不同,
美国标准ASTM A416299 、日本标准《预应力钢丝和钢绞
线》J IS G353621994 及原国家标准《预应力混凝土用钢
绞线》GBPT522421995 中,伸长率均指负荷下的总伸长
率,即将钢绞线拉断时的总伸长率;英国标准BS58962
1980 、标准ISO6934 :1991 以及新修订的国家标准
《预应力混凝土用钢绞线》GBPT522422003 中,伸长率指
力下总伸长率。上述所有标准规定的伸长率指标
均为≥315 %。
218 　试验结果的处理
在对试验结果判定时,应注意:
（1） 出现下列情况时,试验结果无效。①由于
试样夹持装置不合理,造成试件表面咬伤致使试件过
早破坏,影响试验数据的准确性; ②操作不当使试验数
据不准时; ③试验数据采集有误或处理有误时。
（2） 试验前认真检查,核对试样,如有缺陷,建议立
即更换并注明原因。
GBPT22822002 明确规定,试样断在机械刻划处达
不到规定值时试验无效,应取同样数量的试样重新试
验。GBPT522422003 、BS589621980 、ISO6934 :1991 均明确
规定了夹具刻伤钢材时试验判定的原则,如BS58962
1980 中A1511 条规定:“钢绞线应使用不致严重损坏钢
绞线的夹具。如果钢丝断裂处距夹具不到一个钢绞线
直径的长度, 则试验应作废。”又如ISO6934 : 1991 中
71211 条规定:“钢绞线应用带有标准钢绞线试验夹具
夹持,此种夹具不得对钢绞线中钢丝产生过大的损坏,
若任一钢丝在距试验夹具3mm 以内破坏,而其破坏又
低于规定的特征值,则该试验应作废。”再如GBPT52242
2003 中81411 条规定:“如试样在夹头内和距钳口2 倍
钢绞线公称直径内断裂达不到本标准性能要求时,试
验无效。”这一点应引起各个试验室的高度重视。
（上接第69 页）
6 　整体平衡下降就位
0 号点的落程为3cm,0～4 号点先手动操作整
体平衡降落3cm,重新垫置0 号点后,再手动操作整体
平衡降落3cm,重复直到整体平衡降落在桥墩上。继
续降落使所有钢绞线松弛,所有扁担梁松脱离桥墩,下
放扁担梁撤除设备,完成施工。
7 　结语
跨度为100m的连续板梁的高平衡同步转体提升
施工在国内尚属首例,LSD 液压提升设备在同步转体
提升的成功应用显示了其的技术及广阔的使用
领域。
72 施工技术 第33卷
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原创作者：深圳市南方精科仪器设备有限公司