Napredno preskušanje jeklenih pramenov za prednapenjanje

Preskusni standardi ISO 15630-3, ASTM A416 in ASTM A1061 ponujajo smernice za preskušanje jeklenih pramenov. Proizvajalci jeklenih pramenov morajo v skladu s standardi izdelkov preskušati svoje izdelke v statičnih in dinamičnih pogojih.

Da bi zmanjšali stroške opreme, se ti preskusi pogosto oddajo zunanjemu izvajalcu storitev. Proizvajalci so tudi zunanje nadzorovani s strani neodvisnih inštitutov.

Eden od primarnih preskusov zagotavljanja kakovosti vključuje statično natezno preskušanje z merjenjem napetosti. ZwickRoell ponuja stroj za natezno preskušanje standardne konfiguracije, ki lahko deluje s silami do 600 kN.

Zaradi nagnjenosti jeklenih pramenov, da se odvijajo pod napetostjo, ZwickRoell uporablja posebne čeljusti za oprijem vzorca, da prepreči prezgodnjo odpoved na neželenih mestih.

Pri visokocikličnem preskusu utrujanja mora jeklena nit prestati dva milijona preskusnih ciklov pri največji frekvenci 20 Hz. Vpenjanje vzorca predstavlja edinstveni izziv v tem scenariju, saj lahko zlahka pride do zlomov zaradi vpenjanja.

Statični natezni preskusi jeklenih pramenov po standardih ISO 15630-3/ ASTM A416/ ASTM A1061

Pri statičnih nateznih preskusih v skladu s standardi ISO 156303, ASTM A416 in ASTM A1061 se jekleni pramen razteza, dokler se ne zlomi. Jeklene niti so sestavljene iz več žic, zvitih skupaj, in se nagibajo k odvijanju, ko so izpostavljene nateznim obremenitvam.

Med nateznim preskusom se merita sila, ki deluje na vzorec, in njegov raztezek. Preskusni stroji, ki so zasnovani za visoke preskusne obremenitve, se uporabljajo predvsem zato, ker je jeklo za prednapenjanje visoke trdnosti.

Natezne preskuse je mogoče izvesti na jeklenih pramenih s premerom 3 do 20 mm. Odvisno od proizvoda ali preskusnega standarda je lahko merilna dolžina L0 na primer 500 mm ali 610 mm. Skupni raztezek lahko doseže vrednosti do 20 %.

Izvajajo se lahko tudi deformacijski natezni preskusi, kot je opisano v standardu EN ISO 15630-3. Pri teh preskusih je premična prečka preskusnega stroja opremljena z izvrtino.

Ključne karakteristične vrednosti od nateznega preskušanja jeklenih pramenov do ISO 15630-3 in ASTM A416

• Točka popuščanja, ki se pogosto imenuje odmik popuščanja (Rp0.2), se običajno določi kot nadomestna točka popuščanja pri 0,2 % plastičnem raztezku.

• Raztezek točke popuščanja, natančneje poznan kot raztezek točke popuščanja z ekstenziometrom, je mogoče določiti le z uporabo ekstenziometra (Ae).

• Natezna trdnost (Rm).

• Enakomerni raztezek (Ag).

• Deformacija pri porušitvi (A), pri čemer so normativne specifikacije v zvezi z merilno dolžino zelo pomembne.

Natezni preskus jeklenih pramenov in jekla za prednapenjanje

Dinamični preskusi prednapetih jeklenih pramenov

Pri visokocikličnem preskusu utrujanja (na primer v skladu s standardi ISO 15630-3, XP A 35-045-2011, FprEN 10138-3:2009) na jeklenih pramenih mora vzorec prestati dva milijona preskusnih ciklov pri največji frekvenci 20 Hz brez lomljenja.

Če se vzorec zlomi blizu ali v prijemu, se preskus šteje za neveljaven in ga je treba ponoviti. Neveljavni preskusi so zelo dragi, saj preskus utrujanja traja več dni. Prednapeti jekleni prameni so zelo togi in so še posebej občutljivi na zareze.

Prijemna sila povzroči dodatno obremenitev v območju vpenjanja poleg dinamične preskusne obremenitve, kar lahko povzroči prezgodnjo odpoved vzorca.

Pri klasičnih nateznih vzorcih iz trdnega materiala imajo konci pogosto večje prereze, da se zagotovi zlom vzorca v neprijetem delu med čeljustmi. Z žičnimi prameni to ni tako preprosto.

ZwickRoell je vzpostavil specializirane čeljusti za jeklene pramene, ki omogočajo izvedbo visokocikličnih preskusov utrujanja brez potrebe po posebej pritrjenih prijemalnih elementih.

Ti visokociklični preskusi utrujanja se običajno izvajajo s servohidravličnim preskusnim strojem serije HA.

Vpenjanje vzorca

Zaradi visoke natezne trdnosti posameznih jeklenih pramenskih žic, ki dosega do 2000 MPa, in njihove gladke površine je ključnega pomena preprečiti poškodbe vzorcev zaradi vpetja (kot je piramidasti vzorec na vstavkih čeljusti).

Zato so potrebni hidravlične, vzporedno zapiralne čeljusti s prilagodljivim pritiskom vpenjanja. Geometrija čeljusti mora biti zasnovana tako, da zagotavlja zanesljivo in enakomerno prijemanje vzorca ter preprečuje zdrs vzorca med preskusom.

Kakovost izdelka vzorca iz jeklene niti je bistvena tudi za preprečitev zloma vzorca zunaj merilne dolžine L0.

Med nateznim preskusom se lahko za zanesljiv rezultat preskusa štejejo samo trganja ali zlomi vzorca znotraj merilne dolžine. Poškodovana površina vzorca ali bistveno nehomogena natezna trdnost posameznih žic lahko povzroči zlom vzorca zunaj L0, blizu čeljusti.

Vpenjanje vzorca v visokocikličnem preskusu utrujanja na jeklenih pramenih po standardu ISO 15630-3 predstavlja poseben izziv zaradi razmeroma enostavnega pojava zlomov ob vpetju.

Prijemna sila povzroči dodatno obremenitev v območju vpenjanja, ki se prekriva z dinamično preskusno obremenitvijo, kar lahko povzroči prezgodnjo odpoved vzorca.

Pri klasičnih nateznih vzorcih iz trdnega materiala imajo konci pogosto večje prereze, ki zagotavljajo, da pride do zloma vzorca v neprijetem delu med čeljustmi. Z žičnimi prameni to ni tako preprosto. Za doseganje natančnih rezultatov preskusa je potrebna obsežna priprava vzorca, vključno z zapiranjem.

ZwickRoell obravnava ta izziv s posebej razvitimi čeljustmi za preskušanje jeklenih pramenov, ki ponujajo možnost preskušanja pramenov brez potrebe po posebej pritrjenih prijemalnih elementih. Ta razvoj bistveno zmanjša potrebno rokovanje, čas in stroške za uporabnika.

Čeljusti vključujejo hidromehanski in čisto mehanski prijem. Slednji obsega stožčasto tulko, v katero se vsak konec pramena dovaja skupaj s protistožcem in vpne. S to metodo se uporabi velik del prijemalne sile.

Preostalo silo, ki je še potrebna za določen preskus, dobimo s klasičnim hidromehanskim vpenjanjem preko čeljusti. Skupaj ti dve načeli prijemanja omogočata, da se sila prijemanja uporabi na tak način, da so zlomi zaradi vpenjanja izkoreninjeni in je jeklene pramene mogoče preskušati brez predhodne obdelave.

Čeljusti so zelo prilagodljive in primerne za širok spekter uporabe. Spremenljivo nastavljivo hidravlično prijemalno silo je mogoče preprosto spreminjati od preskusa do preskusa z ustreznim uravnavanjem tlaka olja.

Merjenje deformacije

Zlom v jekleni vrvi običajno povzroči odklon posameznih žic, kar predstavlja tveganje za poškodbo ekstenziometra s tipali. Za zagotovitev varnih, zanesljivih in natančnih meritev na zelo raztegljivih in elastičnih materialih ZwickRoell izbere optične ekstenziometre.

Ekstenziometer videoXtens 6-680 z vidnim poljem 680 mm in ločljivostjo 0,6 µm omogoča natančne meritve deformacij, tudi v primerih, ko gre za velike dolžine, kot je razvidno iz preskusov na jeklenih pramenih. Glavne lastnosti vključujejo:

• določitev trdnosti popuščanja po ASTM A1061;

• ni nevarnosti poškodb ekstenziometra na mestu zloma, saj ekstenziometer meri brez neposrednega stika;

• samodejni izračun deformacije pri porušitvi;

• prek povezave s prečko ostanejo merilne oznake dosledno v središču vidnega polja (FOV), kar zagotavlja optimalno uporabo merilnega območja.

Dodatne prednosti tega ekstenziometra vključujejo samodejno prepoznavanje merilnih oznak na vzorcu in začetne merilne dolžine, skupaj s prenosom vseh podatkov v programsko opremo za preskušanje testXpert.

Kaj je jeklo za prednapenjanje?

Jeklo za prednapenjanje, jeklo visoke trdnosti, se uporablja predvsem pri gradnji prednapetega betona. Uporaba jekla za prednapenjanje omogoča znatno povečanje lastnosti betonskih komponent za statične in dinamične obremenitve.

Izdelava jekla za prednapenjanje vključuje dolg jekleni izdelek, njegova površinska oblika pa se razlikuje glede na standard izdelave. Posamezna žica je na primer zasnovana v skladu s standardom proizvajalca DIN EN 10138-1, medtem ko je jeklena žica lahko zasnovana v skladu z DIN EN 10138-3.

Posamezna žica ima vrednosti trdnosti do 2000 N/mm² in je običajno zasnovana v okrogli obliki, pri čemer so možni tudi trapezni prerezi, imenovani kompaktne niti.

Znotraj splošnega naslova jekla za prednapenjanje obstajajo tri oblike, odvisno od standarda izdelka:

• jeklena palica (premer 15 do 36 mm),

• žica (premer 5 do 16 mm),

• jekleni prameni, sestavljeni iz 3, 7 ali več zvitih posameznih žic (trižilni pramen: 5,2 do 7,5 mm, sedemžilni pramen: 7 do 18 mm).

Te raznolike oblike zahtevajo visoke zahteve pri preskušanju materialov, zato se uporabljajo različni preskusni standardi (na primer ISO, ASTM itd.), da se zagotovi spoštovanje zahtevanega standarda kakovosti.