浅析降低工字钢抗拉强度平行试验偏差

浅析降低工字钢抗拉强度平行试验偏差

宋金平梁青华

宋金平梁青华

中国水利水电第三工程局有限公司陕西西安710032

摘要：根据《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10753-2010第7.6.6条“制作钢架所用型钢进场检验必须按批抽取试件作力学性能和工艺性能试验”的规定，在力学试验中抗拉强度就是其中的一项重要指标。为了提高工字钢抗拉强度的准确率，试验室对相同样品工字钢抗拉强度进行平行试验，试验中发现试验结果偏差较大，浅析降低工字钢抗拉强度平行试验偏差的方法。

关键词：工字钢抗拉强度试验偏差

1概述

新建北京至沈阳铁路客运专线河北段站前工程JSJJSG-Ⅴ标段，线路起讫DK174+668～DK201+510,全长26.842km。施工项目包括：桥梁4681.37延长米/7座（特大桥4386.58延长米/4座、大桥152.75延长米/1座、中桥141.04延长米/2座），路基2706.63延长米（涵洞878.9横延米/11座），隧道19454延长米/8座，隧道长度占本施工标段全长的70%。

依据本标段隧道设计要求，为了加强隧道的初期支护，Ⅳ级围岩浅埋及Ⅴ级围岩地段采用型钢拱架。型钢拱架采用牌号Q235的碳素结构工字钢，抗拉强度为370～500MPa；强度较低，但塑性、韧性、冷变形性能好；其型钢拱架支撑的截面大、刚度大、承受隧道开挖后初期受力的能力强。隧道型钢拱架是隧道衬砌的重要构件,型钢拱架的质量优劣,将直接影响隧道施工的安全。因此，工字钢抗拉强度检测结果的准确性至关重要。

2偏差现状分析

选取20组牌号Q235型号20a#的工字钢进行抗拉强度试验，对每组样品的平行试验偏差结果进行统计（见图2-1）。

由偏差统计图可以看出，工字钢抗拉强度平行试验偏差较大，标准偏差值达到8.50%，其统计结果见下表：

针对工字钢抗拉强度平行试验偏差问题进一步分析，并对本工程使用同种产品的兄弟单位进行调查，均未发现同样品平行试验偏差大的情况。因此，要从试验室检测相关方面进行全面分析。

3对偏差进行全面剖析

对影响工字钢抗拉强度平行试验的结果从人员、设备、材料、操作、坏境等方面进行调查、分析、论证，逐一进行要因确认。

3.1偏差产生的原因

（1）人员

①培训考核不完善；②试验人员无证上岗。

（2）设备

①精度不满足试验要求，设备未进行年度检定；②设备未进行保养维护。

（3）设备

①样品选取不符合规范要求；②试样加工宽度不规范；③试样加工长度不规范。

（4）操作

①试验速率不满足试验要求；②测量试样宽度不准确。

（5）环境

①空调设备功率不足。

3.2确定偏差产生的主要原因

（1）培训考核不完善

对培训考核进行检查，检查发现力学室2名试验人员只有一人参加操作规程培训。经观察有1名试验人员在试验操作过程中对试验方法不清楚，操作方法错误。

（2）试验人员无证上岗

检查试验人员的上岗证书，未发现无证上岗现象，均取得铁道部产品质量监督检验中心颁发的铁路工程试验检测师（员）证书。

（3）精度不满足试验要求，设备未进行年度检定

检查游标卡尺、干湿温度计、万能试验机年度检定计划、检定证书、校准证书。经检查上述设备均按计划进行了年度检定，精度满足要求，检定合格，校准满足要求。

（4）设备未进行保养维护

检查设备维护保养制度，重点检查了万能试验机的维护保养执行情况。经检查试验室建立了设备维护保养制度，维护保养记录齐全，能够做到按制度实施。

（5）样品选取不符合规范要求

依据《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10753-2010，对现场取样过程进行检查，现场取样人员按照规范要求同牌号、同炉罐号、同规格、同交货状态的型钢，每60t为一批，不足60t应为一批计。施工单位每批抽检一次，监理单位按施工单位抽检次数的10%见证取样检测，试样选取符合规范要求。

（6）试样加工宽度不规范

依据《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》GB/T2975-1998，对试样加工过程进行检查，试样切取采用立式升降台铣床进行铣削加工，在型钢腿部切取拉伸试样；对于腿部有斜度的型钢，可在腰部1/4处取样，加工试样宽度不得少于20mm。经检查型号20a#的工字钢，加工的矩形横截面试样横向尺寸形状公差不满足≤0.04mm的要求。

（7）试样加工长度不规范

依据《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》GB/T228.1-2010，对试样加工过程进行检查，矩形截面的试样加工长度L≥L0+1.5√S0+150mm（式中L0-原始标距、S0-原始横截面积），经现场测量加工试样的长度均满足规范要求。

（8）试验速率不满足试验要求

依据《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》GB/T228.1-2010，对型号20a#的工字钢抗拉试验过程进行检查，试验速率应为(0.84～8.40)kN/s，检查中多次发现试验速率不稳定，试验人员未按规范要求的试验速率操作，导致工字钢抗拉力值不准确。

（9）测量试样宽度不准确

依据《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》GB/T228.1-2010，对型号20a#的工字钢抗拉试验过程进行检查，经检查试验人员测量试样宽度值时操作不规范，对一个试样只进行一次宽度测量，其试验宽度值偏差较大，导致试样的横截面积数值不准确。

（10）空调设备功率不足

对力学室空调和温度进行相应检查。规范要求试验一般在室温10℃～35℃范围内进行。对于温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃。该空调功率与力学室使用面积相匹配，环境控制调节效果良好，满足试验温度要求。

3.3主要原因汇总

根据以上分析，最终确定影响工字钢抗拉强度平行试验试验偏差的主要原因为以下4方面：

（1）培训考核不完善；

（2）试样加工宽度不规范；

（3）试验速率不满足试验要求；

（4）测量试样宽度不准确。

4制定实施对策及效果评价

4.1对主要原因制定对策

（1）针对培训考核不完善。制定培训考核计划，培训考核全覆盖；在实施过程中监督检查；加强管理，组织培训考核，提高试验人员业务水平。通过不断学习积累、业务能力显著提高。

（2）针对试样加工宽度不规范。要求试样加工厂家降低加工的矩形横截面试样横向尺寸形状公差；要求试样加工厂家对试样加工人员进行培训考核，提高加工技能；与试样加工厂家沟通，要求厂家提高试样加工水平。对试样加工宽度过程进行抽查，经检查型号20a#的工字钢，加工的矩形横截面试样横向尺寸形状公差满足≤0.04mm的要求。

（3）针对试验速率不满足试验要求。对试验人员培训，增强试验人员业务能力；反复实践操作，熟练掌握试验操作技能；严格按照规范要求控制试验速率。通过多次培训和反复实践操作，试验人员掌握了试验速率操作方法，试验中试验速率稳定，工字钢抗拉力值准确性显著提高。

（4）针对测量试样宽度不准确。在工字钢抗拉强度试验过程中，对同一试样宽度测量增加测量点数，取其所测点数的平均值为该试样的实际测量宽度；试验宽度值偏差值明显降低。

4.2实施效果评价

按照对策实施后，对牌号Q235型号20a#的工字钢进行抗拉强度试验，每组样品的平行试验偏差结果统计（见图4-1）

由平行试验偏差统计图可以看出，标准偏差值降低到5.25%，其统计结果见下表：

5结语

通过试验我们得出了结论，要加强培训考核机制，进一步完善考核制度，不断提高试验人员操作业务水平；要严格按照《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》GB/T2975-1998和《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》GB/T228.1-2010对型材试验规范熟练操作；在每次试验前对试验设备进行全面检查，确保试验时所有设备处于良好的工作状态；加强试验设备的维护管理，始终处于受控状态。对型材力学性能试验方面有了新的认识，掌握了解决类似问题的技术要点，为以后解决相同问题积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10753-2010

[2]《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》GB/T228.1-2010

[3]《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》GB/T2975-1998