Производство и характеристики высокопрочной арматуры

Производство и характеристики высокопрочной арматуры

В течение последних нескольких десятилетий в железобетонных конструкциях для большинства балок, ригелей и колонн в основном использовалась арматура с пределом текучести 415 МПа (415 Н/кв. мм), реже – арматура с пределом текучести 500 МПа для колонн, которые не являются частью специального моментосопротивляющего каркаса. Однако в настоящее время высокопрочная арматура вытесняет ранее использовавшуюся арматуру с пределом текучести 415 МПа для строительства высотных бетонных зданий и сооружений, особенно в районах повышенной сейсмической опасности. Это делается для сопротивления силам землетрясения. Высокопрочный арматурный стержень обычно определяется как арматурный стержень с пределом текучести 500 МПа или более. В Японии арматурные стержни с пределом текучести до 690 МПа в настоящее время используются в элементах зданий, предназначенных для сопротивления силам землетрясения.

Был проведен ряд исследований для оценки использования арматурных стержней с более высокой прочностью для балок, балок и колонн, несущих временные и постоянные нагрузки. Эти исследования показали, что существует растущая потребность в более прочных арматурных стержнях в сейсмических и несейсмических условиях. Существует множество потенциальных преимуществ использования высокопрочной арматуры в бетонных конструкциях. К ним относятся экономия средств, сокращение времени строительства и сокращение перегрузки арматуры.

В настоящее время в США производители стали разрабатывают арматуру с пределом прочности при YS до 830 МПа и с различными механическими и химическими свойствами. Новая высокопрочная арматура изготавливается с использованием различных технологий производства. Однако ни один из высокопрочных арматурных стержней не может соответствовать эталонным механическим свойствам арматурных стержней класса прочности 415 МПа. Каждый вариант высокой прочности по-разному отличается от эталонного поведения. Существует опасение, что менее пластичные высокопрочные арматурные стержни могут сломаться на изгибах и могут потребовать большего диаметра изгиба.

В Японии был начат 5-летний проект под кодовым названием «Новый ЖБ проект», который завершился в 1993 году. Одной из задач этого проекта было установление стандарта для высокопрочных арматурных стержней для использования в зданиях в сейсмических регионах. Сравнение этого стандарта с некоторыми другими стандартами для высокопрочной арматуры приведено в Таблице 1.

<тд 88">980 <тд 88">830 <тд 88">650 <тд 88">1200 <тд 88">700 <тд 88">1000 <тд 243"> <тд 88">650 <тд 88">500

Вкладка 1. Сравнение некоторых стандартов высокопрочной арматуры
Сл. №	Страна	Стандарт	Предел текучести в МПа	Примечания
1	Япония	Новый проект Ж/Д 1993	Также включает класс прочности 1275 МПа, но только для поперечной арматуры
2	США	ASTM 1035-14	Высокий предел текучести благодаря контролю микроструктуры
3	Индия	IS 1786 – 2008	Микролегированная сталь с максимальным CE 0,53
4	Россия	ГОСТ 10884-94	Высокий предел текучести с добавкой кремния до 2,3 %
5	Корея	КС Д3504-11	Разрешено увеличение CE до 0,63
6	Украина	ДСТУ 3760-06
7	Великобритания	BS 6744-01 + A2:09	Арматура из нержавеющей стали
8	Китай	ГБ 1499,2 -07	Максимум CE 0,55
Примечание. Углеродный эквивалент CE =C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/15

Производство высокопрочной арматуры

Для производства высокопрочной арматуры обычно используются три метода. Это (i) холодная обработка давлением, (ii) введение легирующих элементов в состав стали и (iii) закалка и отпуск стали при ее прокатке. Высокопрочные арматурные стержни, изготовленные путем закалки и отпуска, обычно имеют относительно низкое отношение предела прочности к пределу текучести и относительно высокие деформации при разрушении. Высокопрочная арматура, полученная микролегированием, имеет относительно высокое отношение предела прочности к пределу текучести и относительно высокие деформации при разрушении. Эти методы показаны на рис. 1 и описаны ниже.

Рис. 1. Производство высокопрочной арматуры

Холодная обработка – Холодная обработка – давний метод производства высокопрочной арматуры. При холодной обработке стали деформирование стали осуществляется с помощью любого из процессов холодной обработки давлением, таких как холодная прокатка, холодное скручивание, холодное волочение и т. д. Этот метод позволяет производить высокопрочные арматурные стержни из низкоуглеродистых и марганцевых сталей, которые являются свариваемыми. В этом методе арматурные стержни подвергаются деформационному упрочнению после горячей прокатки. Для таких арматурных стержней предел текучести можно увеличить за счет увеличения степени деформации. Холодную обработку проводят ниже температуры рекристаллизации стали. Этот процесс вызывает генерацию дислокаций и движение внутри кристаллической структуры стального материала. Дислокация – это кристаллографический дефект или неровность в кристаллической структуре. Наличие этих дислокаций сильно влияет на предел текучести и пластичность стального материала. Холодная обработка устраняет площадку текучести и упрочняет сталь. Хотя холодная обработка улучшает предел текучести, она снижает как пластичность, так и отношение предела прочности к пределу текучести. Следовательно, обычно это не подходящий метод производства высокопрочных арматурных стержней для элементов, устойчивых к сейсмическим воздействиям.

Добавление легирующих элементов - В этом методе предел текучести стального материала увеличивается за счет модификации химического состава путем добавления легирующих элементов, но содержание углерода и марганца остается низким, чтобы избежать значительного снижения свариваемости стали. Высокопрочная арматура, полученная с добавлением легирующих элементов, используется в прокатанном состоянии после медленного охлаждения на воздухе. Обычно высокая прочность стального материала достигается добавлением небольшого количества титана, ниобия или ванадия, что называется микролегированием. Микролегирование – это процесс, который включает введение небольших количеств легирующих элементов для достижения желаемых свойств арматурных стержней. Микролегирование может обеспечить заметный предел текучести и отношение предела прочности при растяжении к пределу текучести выше, чем у арматуры из закаленной и отпущенной стали (порядка 1,25 для арматуры класса прочности 690 МПа).

Микролегирование образует интерметаллические карбиды, которые обеспечивают мелкозернистое упрочнение и дисперсионное твердение. Мелкозернистое упрочнение происходит за счет закрепления плоских дефектов (границ зерен) во время термомеханической обработки (прокатки), что приводит к очень мелкому размеру зерна в стальных арматурных стержнях. Как правило, чем мельче размер зерна, тем выше предел текучести. Эта взаимосвязь известна как эффект Холла-Петча (соотношение Холла-Петча говорит о прочности материалов, которая настолько высока, насколько их собственная теоретическая прочность может быть достигнута за счет уменьшения размера зерна. Действительно, прочность материала продолжает увеличиваться с уменьшением размера зерна до от 20 нанометров до 30 нанометров, где прочность достигает пика). Когда эти интерметаллические карбиды диспергируются в зернах феррита, возникают дефекты линии закрепления (дислокации), которые еще больше повышают предел текучести материала. Этот механизм известен как дисперсионное твердение.

Микролегирование титаном способствует дисперсионному твердению, но сильная склонность титана к соединению с кислородом, серой и азотом затрудняет контроль эффектов упрочнения. Микролегирование ниобием широко используется в производстве стальных листов и полос, в которых температура в конце производства относительно низкая, а деформация высокая. Производство арматурного проката требует высоких температур прокатки и меньшей деформации, что делает микролегирование ниобием неэффективным для производства высокопрочного арматурного проката.

Ванадий является одним из наиболее часто используемых легирующих элементов для повышения прочности арматурных стержней. Микролегирование ванадием или ванадий-азот обычно используется для производства высокопрочной свариваемой арматуры. Добавление ванадия увеличивает предел текучести и вязкость разрушения в первую очередь за счет торможения роста зерен во время термической обработки и выделения карбидов и нитридов. Микролегирование только ванадием приводит к тому, что 35,5 % ванадия образует осадки карбида и нитрида, в то время как 56,3 % ванадия оказывается в виде твердого раствора, растворенного в матрице, что не улучшает предел текучести арматурного стержня. Количество ванадия, образующего осадки, можно увеличить до 70 % при добавлении азота. Еще одним преимуществом микролегированной ванадий-азот арматуры является то, что она устраняет неблагоприятное влияние деформационного старения на свойства стали, поскольку связывает растворимый азот. Использование ванадия может уменьшить количество углерода, необходимого для достижения более высокой прочности, и поэтому полезно для получения свариваемых высокопрочных арматурных стержней.

Закалка и отпуск – Закалка – это быстрое охлаждение стали, нагретой до аустенитной фазы (при которой рекристаллизуется твердый стальной материал). Процесс закалки и отпуска состоит из закалки стали сразу после прокатки и последующего отпуска арматурного стержня за счет тепла, оставшегося в сердечнике, в то время как он постепенно охлаждается на охлаждающей платформе. В результате этого процесса производится сталь с механическими свойствами, которые значительно различаются между ее внутренним сердцевинным слоем и внешним поверхностным слоем, при этом внутренняя сердцевина имеет более низкий предел текучести и большую пластичность, чем внешний слой. Арматурные стержни, обработанные закалкой и отпуском, сохраняют свою площадку текучести, поскольку они не подвергались деформационному упрочнению и общий химический состав не изменился. Эти арматурные стержни могут поддаваться сварке, если их химический состав удовлетворяет требованиям. Эти арматурные стержни обычно имеют низкое отношение прочности на растяжение к пределу текучести (порядка 1,15 для арматурных стержней класса прочности 690 МПа).

Сталь обычно закаливается в воде, в результате чего структура материала становится твердой и хрупкой. Отпуск — это нагрев закаленной стали, при котором изменяется микроструктура, снижается твердость и повышается пластичность материала.

Процесс производства высокопрочной арматуры основан на термомеханической обработке. Термомеханический процесс представляет собой металлургический процесс, который объединяет процесс пластической деформации с термическими процессами, такими как термическая обработка, закалка водой, нагрев и охлаждение с различной скоростью в единый процесс. Способ придает арматуре высокую прочность методом термомеханической обработки по сравнению с механической обработкой холодным деформированием. Прочность арматурных стержней обеспечивается закаленным мартенситным наружным слоем, а пластичность арматурных стержней — ферритно-перлитной структурой в сердцевине арматурных стержней.

Термомеханическая обработка превращает поверхность арматурных стержней в затвердевшую структуру (мартенсит), а затем эта фаза выделяется при охлаждении до температуры окружающей среды, что позволяет горячему стержню закалить поверхность за счет теплообмена. Это приводит к уникальной композитной микроструктуре, состоящей из отпущенного мартенсита в периферийной зоне/корпусе, переходной зоны перлита и бейнита сразу после периферии мартенсита и мелкозернистого феррита-перлита в центральной зоне/ядре (рис. 2). Из-за производственного процесса закалки и самоотпуска производимая высокопрочная арматура также называется «закаленной и самоотпускаемой (QST) арматурой».

Рис. 2. Микроструктура арматурных стержней после закалки и отпуска

Существует еще один производственный метод производства высокопрочной арматуры. Этот метод описан в спецификации ASTM под номером ASTM A1035; 2011. Эти арматурные стержни обычно имеют высокое отношение предела прочности на растяжение к пределу текучести, но относительно низкую деформацию при разрушении. Этот процесс производства высокопрочных арматурных стержней является запатентованным процессом и известен как процесс «Микроструктурные манипуляции (MMFX)». Запатентованный процесс MMFX включает в себя изменение микроструктуры стали для получения желаемых механических свойств и прочности. В ходе этого процесса создаются арматурные стержни с соотношением напряжения и деформации, которые не имеют четко определенного предела текучести, демонстрируют относительно высокое отношение прочности на растяжение к пределу текучести, но имеют относительно низкое удлинение при разрыве. MMFX высокопрочной арматуры соответствует спецификациям ASTM A1035.

Другие аспекты производства – Высокопрочные арматурные стержни обычно изготавливаются прямыми участками на прокатном стане. Однако намотка арматурных стержней меньшего размера становится практикой. Прутки наматываются вскоре после прокатки, что удерживает тепло в бухте. Таким образом, скорость охлаждения стержней спиральной арматуры несколько ниже, чем у прямых стержней. Поскольку испытуемые образцы должны быть выпрямлены перед испытанием, скрученные стержни, как правило, имеют более низкий предел текучести, а форма кривой напряжения-деформации может быть несколько закругленной. Чтобы противодействовать этому эффекту, высокопрочная спиральная арматура требует большего количества микролегирующих элементов по сравнению с прямыми арматурными стержнями соответствующих размеров.

В процессе производства арматурных стержней идентификационные метки наносятся во время прокатки, а механические свойства проверяются после прокатки (и маркировки) стержней. Если механические свойства высокопрочной арматуры не достигаются, то арматурные стержни не соответствуют спецификациям, связанным с маркой.

Проблемы изготовления – Проблемы с изготовлением высокопрочных арматурных стержней можно разделить на две категории, а именно (i) введение нескольких марок арматурных стержней, которые необходимо планировать, получать и хранить на производственном предприятии перед использованием, и (ii ) изменения в процессе изготовления, необходимые в результате свойств высокопрочной арматуры.

На технологические процессы резки и изгиба влияют свойства высокопрочной арматуры. Высокопрочные арматурные стержни приводят к более высоким усилиям сдвига и изгиба для стержней того же размера и испытывают более упругий отскок после изгиба, что приводит к проблемам изготовления, связанным с (i) износом существующего оборудования и возможной потребностью в новом оборудовании с большей производительностью. , (ii) безопасность рабочих в случае отказа стержня или оборудования во время операций гибки, и (iii) соблюдение допусков на изготовление стержня. Более часты отказы оборудования, связанные с изготовлением высокопрочной арматуры. Опасения относительно безопасности усиливаются в тех случаях, когда дефекты стержня вызывают разрушение во время операций гибки при более высоких уровнях силы. Дополнительные меры предосторожности необходимы для поддержания безопасной рабочей среды, которая может повлиять на эффективность производственных операций.

Свойства материала

Прочность и пластичность высокопрочной арматуры определяют по-разному. Свойства растяжения и другие требования, определяющие прочность и пластичность, которые указаны, включают (i) минимальный или нижний предел текучести, как указано в соответствующей спецификации, (ii) максимальный или верхний предел текучести, как указано в соответствующей спецификации, (iii ) длина площадки текучести или деформация в конце площадки текучести, (iv) предел прочности при растяжении, (v) равномерное удлинение и общее удлинение, (vi) отношение предела прочности при растяжении к пределу текучести или его обратное значение (называемое пределом текучести соотношение), и (viii) результаты испытания на изгиб или испытания на изгиб-повторный изгиб. Некоторые, но не все, из этих свойств и испытаний указаны для каждого высокопрочного арматурного стержня. Некоторые из свойств при растяжении указаны на идеализированной кривой напряжения-деформации, показанной на рис. 3.

Рис. 3. Идеализированная кривая напряжения-деформации, показывающая свойства прочности и пластичности

Предел текучести – Для всех арматурных стержней обычно указывается либо предел текучести, либо предел текучести. Однако в некоторых стандартах (например, ASTM) для некоторых высокопрочных арматурных стержней указывается деформация в конце площадки текучести. Эти стандарты определяют деформацию в конце плато текучести. Стандарты ASTM не допускают, чтобы измеренное значение предела текучести опускалось ниже марки стали, в то время как другие стандарты (например, стандарты Австралии/Новой Зеландии) используют концепцию 5 % фрактильности, в которой допускается небольшой процент испытаний. быть ниже минимальной прочности. ASTM A370, «Стандартные методы испытаний и определения для механических испытаний стальных изделий», определяет предел текучести как «первое напряжение в материале, меньшее максимально достижимого напряжения, при котором происходит увеличение деформации без увеличения напряжения». Предел текучести применим к арматуре, которая показывает увеличение деформации без увеличения напряжения, что обычно происходит только в арматурных стержнях с более низкой прочностью.

Высокопрочные арматурные стержни обычно не имеют определенного предела текучести, поэтому необходим другой способ определения предела текучести. ASTM A370 определяет предел текучести как «напряжение, при котором материал демонстрирует заданное предельное отклонение от пропорциональности напряжения деформации». Предел текучести можно определить методом смещения 0,2 % или методом «удлинения под нагрузкой» (EUL) согласно ASTM A370. Метод смещения 0,2 % используется для расчета предела текучести арматурных стержней, но также требуется дополнительная проверка с использованием метода EUL для деформации 0,0035 для определения минимального предела текучести арматурных стержней. Метод EUL с деформацией 0,0035 дает минимальные напряжения 550 МПа и 620 МПа для высокопрочной арматуры марок 690 и 830 соответственно. Метод смещения 0,2 % также используется для определения предела текучести в спецификациях во многих странах.

Прочность на растяжение – В спецификациях предел прочности при растяжении последовательно определяется как максимальное напряжение на кривой напряжение-деформация. Прочность на растяжение рассчитывается путем деления максимальной нагрузки, которую выдерживает образец, на номинальную площадь стержня.

Удлинение – Удлинение обычно указывается как общее удлинение на заданной расчетной длине, которое проходит через излом стержня. ASTM A370 предлагает два метода определения «общего удлинения». В одном методе на стержень наносится начальная длина 200 мм, и его вытягивают до разрушения. Этот метод не учитывает упругое удлинение. При первом методе концы сломанного стержня соединяются вместе, а расчетная длина измеряется повторно. Затем удлинение указывается как процентное увеличение длины относительно исходной расчетной длины. Во втором методе удлинение при разрыве можно измерить с помощью экстензометра, и в этом случае учитывается упругое удлинение. Оба эти метода включают дополнительное локализованное удлинение в суженной области, а также удлинение вдоль не суженных частей стержня в пределах измерительной длины.

Равномерное удлинение — это деформация, возникающая, когда стержень достигает своего пикового напряжения (прочность на разрыв), выраженная в процентах. Его название связано с тем, что это наибольшая деформация испытательного стержня, при этом деформации растяжения одинаковы по всей длине между испытательными захватами. Это происходит непосредственно перед началом образования шейки в баре. Равномерное удлинение обычно измеряют экстензометром во время испытания образца стержня. Она включает в себя как пластическую деформацию, так и деформацию, которая восстанавливается при разгрузке стержня. Его также можно определить путем измерения пластического удлинения после извлечения образца стержня из испытательной машины и последующего добавления восстановленной деформации. В этом случае пластическая деформация измеряется вдали от суженной области, и к ней добавляется восстановленная деформация для получения равномерного удлинения.

Равномерное удлинение, рассчитанное с использованием «Стандарта канадских ассоциаций CSA G30.18 (CSA, 2009)», предполагает линейную разгрузку с модулем, равным начальному модулю стали Es, равному 200 000 МПа. Однако данные испытаний арматуры класса прочности 415 МПа показывают, что (i) модуль разгрузки уменьшается с увеличением деформации растяжения, (ii) кривая разгрузки является линейной только в начальной фазе разгрузки, и (iii) реакция постепенно становится нелинейный, так как стержни полностью разгружены. Линеаризация отклика на разгрузку может привести к тому, что модуль разгрузки составит около двух третей от начального модуля нагрузки. Для высокопрочных арматурных стержней восстановленная деформация может достигать 1 %. Некоторые стандарты (например, Австралийский/Новозеландский стандарт 4671, 2001 г.) требуют указывать равномерное удлинение.

Равномерное удлинение является полезным свойством для сейсмостойкого проектирования, поскольку оно более тесно связано с максимальным удлинением (полезным удлинением), которое зависит от места деформации, т. е. в области пластического шарнира. Полезное удлинение следует принимать равным 75 % или менее от равномерного удлинения, поскольку в условиях циклического нагружения арматурные стержни могут достичь эквивалентного поврежденного состояния, связанного с равномерным удлинением, при меньшем удлинении. Арматурные стержни обычно имеют характерное отношение равномерного удлинения к удлинению при разрыве, которое зависит от типа арматуры.

Пластичность – Испытания на изгиб и изгиб-повторный изгиб – это два способа оценки пластичности арматурных стержней. Обычно спецификации арматурного стержня включают испытание на изгиб, при котором стержни изгибаются вокруг штифта или оправки определенного диаметра и до определенной степени изгиба. Диаметр изгиба зависит от диаметра стержня. Образец считается пройденным, если на внешней стороне изогнутой части стержня не появляются трещины.

Три основные категории экспериментальных тестов полезны для исследования поведения изгибов в арматурных стержнях, причем каждая категория тестов предназначена для ответа на определенный набор вопросов. Эти категории включают (i) визуальный осмотр изгибов (испытания на изгиб ASTM), (ii) испытания на изгиб/повторный изгиб и (iii) испытания на изгиб в бетоне.

В спецификациях ASTM для арматурных стержней указано требование к изгибу:«Образец для испытаний на изгиб должен выдерживать изгибание вокруг штифта без образования трещин на внешней стороне изгиба». Требуемое испытание на изгиб, следовательно, включает в себя изгибание стержней на 180 градусов (или 90 градусов для стержней диаметром 43 мм и более) при указанном диаметре изгиба штифта. Затем проводится визуальный осмотр для выявления трещин на изгибе. Если визуально трещин не наблюдается, считается, что образец выдержал испытание на изгиб. Испытание, хотя и простое в выполнении, не обеспечивает меру запаса прочности и пластичности изгибов стержня, как это может сделать испытание под нагрузкой. Возможно, что микротрещины, невидимые глазу, могут ухудшить характеристики арматурных стержней на месте.

При испытаниях на изгиб и повторный изгиб стержневые образцы изгибают до необходимого угла и диаметра изгиба, а затем выпрямляют либо при квазистатической, либо при динамической нагрузке. Для стержней с пределом прочности 415 МПа деформационное упрочнение увеличивает прочность стали на изгибах и обычно приводит к пластичному разрушению образцов вдали от изгибов. Однако, если арматурные стержни имеют ограниченную пластичность, например высокопрочные арматурные стержни, требования к деформации на изгибах могут вызвать трещины, которые могут сделать изгибы более слабыми, чем несогнутые части арматурных стержней, и более восприимчивыми к хрупкому разрушению. Если арматурный стержень ломается хрупким образом при изгибе, считается, что он не прошел испытание на изгиб/повторный изгиб. Однако, если арматурный стержень разрушается пластичным образом, считается, что он прошел испытание. Преимущество этого типа испытаний заключается в том, что изгибы стержней подвергаются нагрузке, и, следовательно, обеспечивает прямое измерение прочности и пластичности изгибов стержней.

В некоторых стандартах требуется испытание на изгиб-повторный изгиб для стержней меньшего диаметра и испытание на изгиб для стержней большего диаметра. Для испытания на изгиб-повторный изгиб образец стержня должен быть согнут вокруг оправки определенного диаметра под углом 90 градусов посередине длины образца. Делают два дополнительных изгиба под 45 градусов, чтобы образец был прямым на одной части, V-образным в средней части и прямым на другом конце, как показано на рис. 4. Затем образец выдерживается в масле в течение часа при 100°С. град С, охлаждали и перегибали в обратном направлении, прикладывая усилие натяжения к концам образца. Стадии старения и охлаждения необходимы для имитации пагубных последствий деформационного старения. При изгибе арматурных стержней из стали может выделяться азот, что может привести к ее охрупчиванию. При повторном изгибе охрупченная сталь с большей вероятностью треснет. Для прохождения испытания в перегнутом стержне не должно быть явных трещин.

Рис. 4. Тестовые образцы арматурных стержней, демонстрирующие изгиб-повторный изгиб

Следует отметить, что испытания на изгиб/повторный изгиб предъявляют более высокие требования к изгибам стержня, чем обычно предъявляются к бетонной конструкции. По этой причине лучше всего сравнивать показатели изгиба/повторного изгиба высокопрочной арматуры с показателями стержней класса прочности 415 МПа, которые использовались в течение десятилетий и показали адекватные характеристики в бетонных элементах. Изгибы арматурных стержней также можно проверить в бетоне. В таких испытаниях можно исследовать взаимодействие между бетоном и изгибами стержней. Упрощенные версии теста включают в себя встраивание стержня с крюком в бетонный блок и вытягивание его до разрушения. Возможные виды разрушения, которые можно ожидать при испытаниях блоков, включают (i) разрушение стержня снаружи блока, где требования к стержню самые высокие, (ii) разрушение стержня внутри блока ближе к изгибу или на изгибе или (iii) раскалывание бетона. блокировать. Такие испытания, однако, могут не подвергать изгибы наихудшей нагрузке, которую может испытать конструкция, поскольку окружающий бетон может снять с изгибов некоторую нагрузку. Напротив, некоторые из наихудших нагрузок на изгибы стержней могут возникать в замкнутых приложениях, где расширяющееся бетонное ядро ​​частично выпрямляет кольцевые изгибы, прикладывая к ним высокие растягивающие нагрузки. Еще одно важное применение изгибов стержней - в поврежденных областях, где сцепление с бетоном и его положительное влияние на изгибы уменьшены (например, соединения при сильной сейсмической нагрузке или области с сильными трещинами). Однако испытания изгибов стержней в бетонных элементах необходимы для подтверждения адекватных характеристик изгибов стержней в высокопрочных арматурных стержнях. Тем не менее, такие тесты дороги в проведении и не позволяют легко определить минимальные диаметры изгиба при изучении многочисленных переменных, влияющих на характеристики изгиба стержня.

Деформационное старение – Деформационное старение определяется как процесс, при котором сталь, напряженная за пределы своего предела упругости, подвергается зависящим от времени изменениям механических свойств. Как правило, у арматурных стержней, нагруженных сверх предела упругости, со временем наблюдается увеличение их прочности на растяжение и снижение их пластичности (рис. 5). Также доказано, что деформационное старение влияет на температуру хрупкого перехода в стали. Факторы, влияющие на деформационное старение, включают состав стали, температуру и время, прошедшее с момента возникновения больших деформаций. Деформационное старение в основном связано с перераспределением азота в стальной матрице. Более высокие температуры ускоряют этот процесс. Следовательно, деформационное старение происходит намного быстрее в более теплых регионах.

Как правило, большинство последствий пятнистого старения стальной арматуры проявляется в течение нескольких месяцев после возникновения неупругих деформаций. При изгибе арматурных стержней они испытывают большие неупругие деформации. Таким образом, изгибы стержней склонны к охрупчиванию в результате деформационного старения, что может привести к их преждевременному разрушению и ограничению их способности выдерживать неупругие деформации во время структурной нагрузки.

Рис. 5. Типичные кривые напряжения-деформации, показывающие влияние деформационного старения

Исследование, проведенное в отношении деформационного старения арматурных стержней, показывает, что микролегированная сталь, включая титан и ванадий, может снизить влияние деформационного старения на арматурные стержни. Такие легирующие элементы обладают свойствами, которые позволяют им связываться с азотом в композиции с образованием нитридов. Эти реакции ограничивают количество свободного азота в стали, что связано с эффектами деформационного старения.