بررسی سرعت بارگذاری و زمان گسیختگی اتصالات مکانیکی در آزمون کشش بر اساس استانداردهای ISO 6892-1  و ISO 15630-1

بررسی سرعت بارگذاری و زمان گسیختگی اتصالات مکانیکی در آزمون کشش بر اساس استانداردهای ISO 6892-1  و ISO 15630-1

تهیه شده در بخش تحقیق و توسعه شرکت پرت لس

1. مقدمه

آزمون کشش یکی از مهم‌ترین روش‌ها برای ارزیابی خواص مکانیکی آرماتورهای فولادی و اتصالات مکانیکی میلگرد است. انتخاب سرعت بارگذاری و دقت در زمان گسیختگی نقش اساسی در شبیه‌سازی رفتار واقعی این عناصر دارد. (در این مقاله، سرعت بارگذاری و زمان گسیختگی در آزمون کشش اتصالات مکانیکی بررسی می گردد.)

2. جمع بندی انجام شده از استانداردهای ایزو  ISO 15630-1و ISO 6892-1در زمینه شرایط آزمون کشش اتصال مکانیکی

دو روش اصلی کنترل بارگذاری در استاندارد ISO 6892-1  وجود دارد:

1. کنترل کرنش (strain rate control) : نرخ کرنش  ثابت است و مقدار تنش اندازگیری می گردد.
2. کنترل تنش : (stress rate control) نرخ تنش  ثابت است.

در آزمون کشش اتصالات مکانیکی میلگرد، مطابق استاندارد ISO 15835، کوپلر بایستی وسط طول آزاد نمونه قرار گیرد و از هر طرف حداقل 200 میلی متر طول آزاد داشته باشد. حداقل طول آزاد نمونه برابر طول کوپلر باضافه ۴۰۰ میلی‌متر می باشد. در حالت آزمایش کرنش‌ کنترل، زمان گسیختگی مستقل از طول آزاد نمونه تحت آزمایش است. در ا این حالت، نرخ کرنش دستگاه ثابت است و از حاصلضرب نرخ کرنش در طول آزاد نمونه، سرعت حرکت فک ها محاسبه می گردد. در این مقاله، فرمول‌های محاسبه سرعت بارگذاری، زمان گسیختگی و مثال‌های عددی  ارائه شده است. دراستاندارد ISO 6892-1 در آزمایش کشش بازه‌ی نرخ کرنش    توصیه شده است، از طرفی ازدیاد طول اسمی آرماتور A3   و A4 در استاندارد ISIRI3132  بترتیب 12 و 8 درصد می باشد. طبق محاسبات، برای آرماتور A3، زمان گسیختگی همواره بین 400 تا 600 ثانیه قرار می گیرد (جدول 1-1) و برای آرماتور A4، این زمان بین 267 تا 400 ثانیه می باشد (جدول 1-2).

جدول 1-1- سرعت جابه جایی فک ها و زمان گسیختگی در آزمایش کشش برای اتصالات مکانیکی برای سایزهای متفاوت کوپلر و آرماتور A3 بر اساس توصیه استاندارد

جدول 1-2 سرعت جابه جایی فک ها و زمان گسیختگی در آزمایش کشش برای اتصالات مکانیکی برای سایزهای متفاوت کوپلر و آرماتور A4 بر اساس توصیه استاندارد

3. محاسبات پارامترهای آزمون کشش بر اساس استاندارد ISO 6892-1 و ISO 15630-1

لازم به ذکر است که در اغلب دستگاه‌های آزمون کشش موجود در ایران، کنترل بارگذاری بر اساس سرعت کراس‌هد (crosshead speed) انجام می‌شود نه بر اساس نرخ کرنش. اگر دستگاه به‌گونه‌ای تنظیم شود که سرعت کراس‌هد متناسب با طول اولیه نمونه باشد () ، حتی اگر کنترل به‌صورت «سرعت کراس‌هد» تعریف شده باشد، در واقع عملاً کرنش کنترل انجام گرفته است — چون نرخ کرنش برای همه نمونه‌ها ثابت نگه داشته می‌شود.

در استانداردهای ISO 6892-1 (آزمون کشش فلزات) و ISO 15630-1 (آزمون میلگرد فولادی برای بتن مسلح)، روش محاسبه و شرایط بارگذاری به‌طور دقیق مشخص شده است.

1.3.  کنترل کرنش

1.1.3. تعریف نرخ کرنش

اگر نرخ کرنش ثابت باشد:

:   زمان تا گسیختگی (s)

:   کرنش گسیختگی مهندسی (بدون بعد)

:   نرخ کرنش مهندسی (s⁻¹)

2.1.3. کرنش حقیقی

اگر آزمون بر اساس کرنش حقیقی (True Strain) کنترل شود:      

3.1.3. سرعت کراس‌هد  (Crosshead Speed)

بر اساس ISO 6892-1

:  سرعت کراس‌هد (mm/s)

: طول گیج نمونه (mm)

4.1.3.  تغییر طول در لحظه گسیختگی                                          

2.3. کنترل تنش

1.3. اگر نرخ تنش ثابت باشد ()

:  تنش گسیختگی مهندسی

  : نرخ تنش ثابت

1.2.3. تبدیل به نرخ نیرو :

2.2.3. سرعت کراس هد (ناحیه الاستیک)

در ناحیه الاستیک : ()

مشتق زمان        ,  ()

4. مثال عددی: آرماتور   و 

جدول 2- مشخصات نمونه مورد استفاده در مثال

پارامتر	مقدار
قطر آرماتور	20 mm
سطح مقطع
طول نمونه	600 mm
مدول یانگ	200000 MPa
تنش گسیختگی	600 MPa
نرخ کرنش
نرخ تنش	30 MPa/s
سرعت کراس‌هد	mm/min

1.4. کنترل کرنش:

     ازدیاد طول در هنگام گسیختگی (مطابق استاندارد ملی و گزارش‌های متداول): با در نظر گرفتن حدود16  درصد

1.1.4. محاسبه زمان تا گسیختگی:

زمان گسیختگی مستقل از طول نمونه است.

2.1.4. محاسبه سرعت کراس‌هد معادل:

3.1.4. محاسبه تغییر طول نمونه در گسیختگی:

2.4. کنترل تنش:

نرخ تنش ثابت () : 30 MPa/s

مدول یانگ فولاد:MPa/s     

1.2.4. زمان تا گسیختگی:

اگر= 600 MPa/s .0 s   

این رابطه مستقیم از تعریف=   به دست می آید و برای رمپ تنش ثابت معتبر است.

2.2.4. نرخ نیروی معادل

3.2.4. سرعت کراس هد معادل در ناحیه الاستیک

4.2.4. ازدیاد طول در گسیختگی

 5. منابع و استانداردها

ISO 6892-1:2019 — Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature.

ISO 15630-1:2019 — Steel for the reinforcement and prestressing of concrete — Test methods — Part 1: Reinforcing bars, wire rod and wire.

ISO 15835:2009 — Steels for the reinforcement of concrete — Reinforcement couplers for mechanical splices of bars