关于钢筋冷拉.pdf

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1、关于钢筋冷拉 钢筋的冷加工包括冷拉和冷拔。在常温下, 对钢筋进行冷拉或冷拔 , 可提高钢筋的屈服点 , 从而提高钢筋的强度 , 达到节省钢材的目的 , 钢筋经过冷加工后 , 强度提高 , 塑性降低 , 在工程上 可节省钢材。 钢筋冷拔就是把 HPB235级光面钢筋在常温下强力拉拔, 使其通过特制的钨合金拔丝模孔, 使钢筋变细 , 产生较大塑性变形 , 提高强度 , 钢筋冷拔工艺比较复杂 , 钢筋冷拔并非一次拔成 , 而 要反复多次 , 所以只有在加工厂才对钢筋进行冷拔。 b5E2RGbCAP ( 一) 钢筋的冷拉 钢筋的冷拉就是在常温下拉伸钢筋, 使钢筋的应力超过屈服点, 钢筋产生塑性变形 ,

2、 强度提 高。 1、冷拉目的 对于普通钢筋混凝土结构的钢筋, 冷拉仅是调直、除锈的手段(拉伸过程中钢筋表面锈皮 会脱落 ), 与钢筋的力学性能没什么关系, 当采用冷拉方法调直钢筋时, 冷拉率 HPB235级钢筋不 宜大于 4%,HRB335 、HRB400 级钢筋不宜大于 1% 。冷拉的另一个目的是提高强度, 但在冷拉过程 中, 也同时完成了调直、除锈工作, 此时钢筋的冷拉率410%,强度可提高 30% 左右, 主要用于预 应力筋。 p1EanqFDPw 2、冷拉原理 图 4 62 中曲线 OABCDEF 为热轧钢筋拉伸曲线 , 纵坐标表示应力 , 横坐标表示应变 ,D 点为 屈服点。拉伸钢筋

3、使其应力超过屈服点D达到某一点 G后卸荷。由于钢筋产生塑性变形, 卸荷 过程中应力应变曲线并不是沿原来的路线GDCBAO变化, 而是沿着 GO1 变化, 应力降至零时 , 应变 为 OO1, 为残余变形。此时如立即重新拉伸钢筋, 应力应变曲线以 O1为原点沿 O1GEF 变化, 并在 G点附近出现新的屈服点。这个屈服点明显地高于冷拉前的屈服点D。G为新屈服点 , D为老屈 服点。新屈服点G的强度比老屈服点D的强度高 2530% 。DXDiTa9E3d 图 4 62 钢筋的拉伸曲线 钢筋经冷拉 , 强度提高 , 塑性降低的现象 , 称为变形硬化。这是由于钢筋应力超过屈服点以 后, 钢筋内部晶格沿

4、结晶面滑移, 晶格扭曲变形 , 使钢筋内部组织发生变化。由于这种塑性变 形使钢筋的机械性能改变, 强度提高 , 塑性降低 , 钢筋的弹性模量也降低。RTCrpUDGiT 刚刚冷拉后的钢筋 , 由于内部晶格扭曲变形 , 有内应力存在 , 促使钢筋内部晶体组织自行调 正, 经过调整 , 钢筋获得一个稳定的屈服点, 强度进一步提高 , 塑性再次降低。钢筋晶体组织调 整过程称为“时效”。冷拉时效后, 钢筋内应力消除 , 钢筋获得新的稳定的屈服点, 强度进一步 提高, 塑性再次降低。冷拉时效后, 钢筋应力应变曲线变为 O1GHKM。H为时效后的屈服点 , 比 G 点又提高了。 5PCzVD7HxA 钢筋

5、时效过程 (内应力消除的过程 ) 进行的快慢 , 与温度有关。 HPB235 、HRB335 级钢筋的时 效过程 , 在常温下 , 要经过 1528天才能完成 , 这个时效过程称为自然时效。为加速时效过程, 可对钢筋加温 , 称为人工时效。 HPB235 、HRB335 级钢筋在 100 0 C蒸汽或热水中 ,2 小时即可完 成时效过程。 HRB400 、RRB400 级钢筋在自然条件下难以完成时效过程, 必须进行人工时效 , 一 般采用通电把钢筋加热至150300 0 C, 经 20 分钟即可完成时效过程。 jLBHrnAILg 3、冷拉率和弹性回缩率 钢筋的冷拉率是钢筋冷拉时由于弹性和塑性

6、变形的总伸长值 ( 称为冷拉的拉长值 )与钢筋 原长 之比, 以百分数表示。 标距长度内总伸长值L 冷拉率 = 100% 标距长度 L 钢筋的弹性回缩率是指钢筋冷拉时塑性变形的伸长值 ( 钢筋冷拉回缩后的长度 ) 与钢筋原 长之比 , 以百分数表示。xHAQX74J0X 标距长度内总回缩值L / 弹性回缩率 = 100% 标距长度 L 4、钢筋冷拉工艺 (1) 钢筋冷拉参数 钢筋的冷拉应力和冷拉率是钢筋冷拉的两个主要参数。钢筋的冷拉率是钢筋冷拉时由于 弹性和塑性变形的总伸长值( 称为冷拉的拉长值 ) 与钢筋原长之比 , 以百分数表示。在一定的限 度内, 冷拉应力或冷拉率越大 , 钢筋强度提高越

7、多 , 但塑性降低也越多。钢筋冷拉后仍应有一定 的塑性 , 同时屈服点与抗拉强度之间也应保持一定的比例( 称屈强比 ), 使钢筋有一定的强度储 备。因此 , 规范对冷拉应力和冷拉率有一定的限制, 见表 416。LDAYtRyKfE 表 4 16 冷拉控制应力及最大冷拉率 项次钢筋级别冷拉控制应力 (MPa) 最大冷拉率 ( %) 1 HPB235 级 d12280 10 2 HRB335 级 d25450 5.5 d=2840 430 5.5 3 HRB400 级 d=840 500 5 4 RRB400 级 d=1028 700 4 (2) 冷拉控制方法 钢筋的冷拉方法可采用控制冷拉率和控制

8、应力两种方法。 控制冷拉率法 以冷拉率来控制钢筋的冷拉的方法, 叫做控制冷拉率法。冷拉率必须由试验确定, 试件数 量不少于 4 个。在将要冷拉的一批钢筋中切取试件, 进行拉力试验 , 测定当其应力达到表417 中规定的应力值时的冷拉率。取四个试件冷拉率的平均值做为该批钢筋实际采用的冷拉率, 并 应符合表 416的规定。也就是说 , 实测的四个试件冷拉率的平均值必须低于表416规定的 最大冷拉率。 Zzz6ZB2Ltk 冷拉多根连接的钢筋 , 冷拉率可按总长计 , 但冷拉后每根钢筋的冷拉率, 应符合表 4 16规 定。 表 417测定冷拉率时钢筋的冷拉应力 项次钢筋级别冷拉应力 (MPa) 1

9、HPB 级 d12310 2 HRB335 d 25480 d=2840 460 3 HRB400 级 d=840 530 4 RRB400 级 d=1028 730 若四个试件的平均冷拉率小于1%,考虑到该批钢筋的抗拉强度必定较高, 冷拉至 1% 不会影 响钢筋材质 , 仍按 1% 采用。dvzfvkwMI1 冷拉率确定后 , 根据钢筋长度 , 求出拉长值 , 做为冷拉时的依据。冷拉拉长值L 按下式计 算: L=L 式中: 冷拉率 ( 由试验确定 ) ; L钢筋冷拉前的长度。 控制冷拉率法施工操作简单, 但当钢筋材质不匀时 , 用经试验确定的冷拉率进行冷拉, 钢筋 实际达到的冷拉应力并不能完

10、全符合表4-17 的要求 , 其分散性很大 , 不能保证冷拉钢筋的质 量。对不能分清炉批号的钢筋, 不应采取控制冷拉率法。这种方法也有优点, 就是冷拉后钢筋 长度整齐划一 , 便于下料。 rqyn14ZNXI 控制应力法 这种方法以控制钢筋冷拉应力为主, 冷拉应力按表 416 中相应级别钢筋的控制应力选 用。冷拉时应检查钢筋的冷拉率, 不得超过表 416 中的最大冷拉率。钢筋冷拉时, 如果钢筋 已达到规定的控制应力 , 而冷拉率未超过表416最大冷拉率 , 则认为合格。如钢筋已达到规 定的最大冷拉率而应力还小于控制应力(即钢筋应力达到冷拉控制应力时, 钢筋冷拉率已超过 规定的最大冷拉率 )则认

11、为不合格 , 应进行机械性能试验 , 按其实际级别使用。 EmxvxOtOco 冷拉时首先计算出冷拉力N和冷拉拉长值 L。然后按上述控制应力与最大冷拉率的关系 确定其是否合格。 如冷拉一根直径为 16mm的 20MnSiV长 30 米的钢筋 , 求钢筋的冷拉力和冷拉伸长值。 由表( 411)可知 20MnSiV为 HRB400 钢筋, 查教材第 123页表(47), 冷拉控制应力为 500 牛顿/ 平方毫米 , 最大冷拉率 5% 。SixE2yXPq5 冷拉此钢筋时冷拉力N=500 3.14 82=100531N 理论伸长值 L=0.05 30=1.5( 米) 。 若实际伸长值小于或等于理论伸

12、长值 L, 则合格。 若实际伸长值大于理论伸长值 L, 则不合格。 ( 3) 冷拉时应注意的问题 A、拉长值“零点”应从拉力N=10% 的控制应力时开始。因在此之前钢筋没有拉直无法量 测; B、先焊后拉。因钢筋施焊后, 性能变脆 , 为确保质量 , 必须先焊后拉。 C、冷拉速度不宜过快 , 一般 0.51.0m/ 秒。为使钢筋充分变形。 D、当拉至控制应力时 , 停 23分钟, 放松。目的是为了减少回缩。 5、冷拉钢筋的质量检验 (1) 分批组织验收 , 每批由不大于 20t 的同级别、同直径冷拉钢筋组成。 (2) 钢筋表面不得有裂纹和局部缩颈。当用作预应力筋时, 应逐根检查。 (3) 从每批

13、冷拉钢筋中抽取两根钢筋, 每根取两个试样分别进行拉力和冷弯试验, 如有一项 试验结果不符合表4-18 ( 教材第 124 页表 4-9) 的规定时 , 应另取两倍数量的试样 , 重做各项试 验, 如仍有一个试样不合格 , 则该批冷拉钢筋为不合格。6ewMyirQFL (4) 计算冷拉钢筋的屈服点和抗拉强度, 应采用冷拉前的截面积。 (5) 拉力试验包括屈服点 , 抗拉强度和伸长率三个指标。 初级工 表 4-18 冷拉钢筋机械性能 钢筋 级别直径 mm 屈服点 MPa 抗拉强度 MP a 伸长率 % 冷弯 不小于弯心直径弯曲角度 冷拉 HPB235级 12 280 370 11 3d 180 0

14、 冷拉 HRB335级 25 450 510 10 3d 90 0 2840 430 490 4d 90 0 冷拉 HRB400级 840 500 570 8 5d 90 0 冷拉 RRB400级 1028 700 835 6 5d 900 6、冷拉设备 冷拉设备有两种 ; 一种是采用卷扬机带动滑轮组的冷拉装置系统进行冷拉, 另一种是采用 长行程 (1500mm以上)的专用液压千斤顶配合台座机构进行冷拉。 kavU42VRUs (1) 卷扬机冷拉 所用冷拉装置系统主要包括: 拉力装置 ( 由卷扬机和滑轮组组构成); 回程设施 ( 可利用卷扬机 , 滑轮组 , 也可以用重物 , 如混凝土块、生铁

15、块等回程复位); 承力结构 ( 可用型钢或钢筋混凝土制成“地锚”, 也可以建造钢筋混凝土台座以承力); 夹具(一般用楔形夹具 , 也可利用预应力钢筋端部的螺丝端杆、帮条或镦头); 测力装置 ( 可利用弹簧测力计、电子秤或液压千斤顶上的压力表等) 五个部分。 图 4 63为卷扬机系统的布置示意图, 图中(a) 用于较细钢筋的冷拉 ; 图中(b) 和(c) 用于较 粗钢筋的冷拉。 y6v3ALoS89 图 4 63 卷扬机冷拉装置 1卷扬机 ;2 固定滑轮组 ;3 移动滑轮组 ;4 冷拉小车 ;5 延伸标尺 ;6 钢筋 ;7 固定 端夹具 ;8 油泵;9 油压表 ;10 千斤顶 ;11 台座墩 ;

16、M2ub6vSTnP 12冷拉端夹具 ;13 、14回程滑轮组 ;15 冷拉台座 ;16 回程荷重架 ; 17端横梁 ;18 回程卷扬机 ;19 电子秤 ; 常见卷扬机系统所用主要设施: 1)拉力装置 凡牵引能力、鼓筒直径、转速等能满足冷拉要求的单筒或双筒卷扬机均可采用, 一般可用 牵引力为 30 50kN 、卷筒直径为 350450mm 、卷筒转速为 68r/min 的慢速卷扬机。 0YujCfmUCw 滑轮组的滑轮门数要根据工艺线的最大拉力计算确定, 一般采用 3门至 8门, 可拉的拉力为 1 50500kN;必要时 , 为了成倍提高冷拉能力 , 可在动滑轮外再增加一组动滑轮, 如图 46

17、3(c) 所示。eUts8ZQVRd 2)回程装置 钢筋冷拉完毕时 , 可采用卷扬机滑轮组回程复位, 如图 459(a) 和图 459(b) 。当采用另 一台卷扬机牵引时 , 一般可用 2 门或 3 门滑轮组 , 其可拉的拉力为 3050kN;当采用同一台卷扬 机卷筒以正反转原理工作时, 其门数应与冷拉滑轮组相同。回程装置也可采用重物回程, 一般 是将生铁块置于吊篮内并悬挂在荷重架上。sQsAEJkW5T 3)承力结构 冷拉较细钢筋时可用地锚承力; 对于较粗钢筋 , 宜采用钢筋混凝土压杆承力。如图463(b) 和图图 463(c) 及( 图 464)。GMsIasNXkA 图 4-64 液压千

18、斤顶系统冷拉装置 1液压千斤顶 ;2 承力杆 ;3 夹具 ;4 传力架 ;5 重物吊架 ;6 钢筋 ; 4)夹具 夹具应根据预应力钢筋的端头状况配用, 对于钢筋端头焊有螺丝端杆、帮条或镦成粗头的, 可 用图 465的槽式连接器型夹具 ; 钢筋端部未经处理的原体部位可用图465 楔块式或月 牙形夹具。 图 4 65 钢筋夹具 5)测力装置 测力器若用弹簧测力计 , 它的可测力较小 , 一般为 50200kN; 对于电子秤 (图 466), 宜选 用可测力 500kN 、700kN 或 1000kN的, 它装有传感器和示力仪 ; 液压千斤顶可用行程为1502 00mm 、压力为 5001000kN

19、的普通型千斤顶或拉杆式千斤顶, 但是, 有的千斤顶不能装设压力表, 则需加以改造 , 使由油泵供油 , 并在输油部位可以安压力表( 图 467)。TIrRGchYzg 图 4 66 电子秤 图 4 67 压力表 6)地锚图 468 图 4 68 地锚形式 (2) 液压千斤顶系统冷拉 所用冷拉装置系统主要包括液压千斤顶和配套的高压油泵、输油管线、压力表, 以及承力 结构、夹具、传力架、回程设施(重物) 等。由于钢筋受冷拉后伸长值很大, 所以液压千斤顶必 须在满足拉力值要求的情况下具有长行程, 而这类长行程千斤顶的活塞杆伸出很长, 则要求安 装精确、稳定性好 , 因此一般属于特制的专用千斤顶。液压

20、千斤顶系统冷拉法多用于直径较粗 的钢筋 , 它的操作线示意见图469。7EqZcWLZNX 图 4 69 千斤顶工作状态 ( 3) 冷拉设备能力计算 卷扬机冷拉设备能力按下式计算 Q = S/K / - F S卷扬机牵引力 ,KN。 F设备阻力 ( 冷拉小车与地面阻力、回程装置阻力等有关, 实测确定。一般可取 510KN 。 K / 滑轮组省力系数 , 根据滑轮组的门数及工作线数查表4-10 或按下式计 算。lzq7IGf02E f n-1(f-1) K / = f n-1 式中: f 单个滑轮的阻力系数 , 对青铜套的滑轮 ,f= 1.04 n 滑轮组工作线数。 表 4 10 滑轮组省力系数

21、 滑轮门数 3 4 5 6 7 8 工作线数 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 省力系数 0.184 0.16 0.142 0.129 0.119 0.11 0.13 0.096 0.091 0.087 0.082 0.08 zvpgeqJ1hk 测力计负荷计算 : 如图 4 68 当电子秤或液压千斤顶设备在张拉端时, 测力计负荷按下式计算 : P=(1K / )(A S / 1000 F) 钢筋冷拉应力 MPa; A S 冷拉钢筋的截面面积mm2 。 当测力计设置在固定端时 , 测力计负荷 P / 按下式计算 : P / =(A S / 1000 F / ) 表

22、 4 19 滑轮组省力系数 例题 如图 463(b) 冷拉设备 , 采用牵引力为 50kN的慢速电动卷扬机 , 卷筒直径 D=400 毫 米, 转速 V1=8.7转/ 分。用 6门滑轮组 , 工作线数 n=13,实测设备阻力 F=10kN 。求当采用控 制应力法冷拉直径20mmHRB400钢筋时 , 设备能力是否满足要求 ?NrpoJac3v1 ( 解 ) 查表 410,n=13 时,K / =0.096。查表 4-7 钢筋冷拉控制应力为500N/mm2, 钢筋面 积=314.2mm2 1nowfTG4KI 钢筋冷拉力 N=500 314.2=157100N=157.1kN 设备能力 Q= S

23、 / K / - F =50 /0.096 - 10 = 510KN 157.1KN fjnFLDa5Zo 满足要求。 测力计负荷按 : P=(1K / )(AS / 1000 F)=(1 0.096) (500314.2 10)=0.588(KN) tfnNhnE6e5 ( 二) 钢筋冷拔 1、原理 钢筋冷拔是将 68 的 HPB235 级光面钢筋在常温下强力拉拔使其通过特制的钨合金拔 丝模孔 ( 如图 470), 钢筋轴向被拉伸 , 径向被压缩 , 钢筋产生较大的塑性变形, 其抗拉强度提高 50 90%,塑性降低 , 硬度提高。经过多次强力拉拔的钢筋, 称为冷拔低碳钢丝。甲级冷拔钢丝 主要

24、用于中 , 小型预应力构件中的预应力筋, 乙级冷拔钢丝可用于焊接网, 焊接骨架或用作构造 钢筋等。HbmVN777sL 2、冷拔工艺 钢筋的冷拔工艺过程为 : 轧头剥壳拔丝。轧头是在钢筋轧头机上进行, 将钢筋端头压 细, 以便通过拔丝模孔。剥壳是通过具有 2 、3个槽轮的剥壳装置 , 除去钢筋表面坚硬的氧化铁 锈。拔丝是用强力使钢筋通过润滑剂进入拔丝模孔, 通过强力拉拔使大直径的钢筋变为小直径 的钢丝 , 以提高钢筋的强度。拔丝模孔有各种规格, 根据钢丝每次拔丝后压缩的直径选用。 V7l4jRB8Hs 3、主要设备 拔丝机 : 立式: 适用于专业拔丝厂拔丝 ; 卧式: 适用于建筑工地拔丝 ;

25、拔丝模 用钨合金钢制成。为了减少拔丝模损耗, 关键是模孔的磨光度要高和锥度要适当。 模孔的直径有各种规格 , 根据所拔钢丝每道压缩后的直径选用。拔最后一道的模孔直径, 宜选用比成品钢丝直径小 0.1mm,以保证钢丝规格。为了使钢丝便于进入拔丝模并在拔丝过程 中排除残渣 , 宜在拔丝模尾部装设喇叭管并附有排渣孔。 83lcPA59W9 剥壳 ( 除皮) 装置 钢筋表面有一层氧化铁锈 , 易磨损模孔 , 增大消耗量和造成断丝 , 因此拔丝前要精心除锈 , 俗称剥壳 (除皮)图 4 70 中的 3。剥壳 (除皮) 装置一般采用 23个槽轮 , 单向错开布置。槽轮 的直径宜为钢筋直径的1520倍, 钢

26、筋在槽轮上的抱角宜大于1350。剥壳与拔丝同时进行 , 不 会增加拔丝力。如果槽轮相互垂直布置, 则由于钢筋上下左右都受到弯曲, 铁锈剥得更干净。 mZkklkzaaP 轧头机 轧头机的轧轮直径 100120mm,长度 140180mm, 转速 3545转/ 分, 轧滚凹槽直径 27m,每 隔 0.51.0mm一道。AVktR43bpw 4、操作方法 钢筋冷拔的操作工序是 : 除锈剥皮钢筋轧头拔丝外观检查力学试验成品验收。 其操作要点是 : 将盘圆钢筋通过拔丝机上的槽轮组( 剥皮机) 除锈。 把除锈后的钢筋端头放入轧头机的压辊中压细。随之转动钢筋, 使轧头均匀 , 保持平 正。 将经过轧头的钢

27、筋穿人拔丝模孔后, 卡紧夹具 , 进行拔丝。 5、影响冷拔丝强度的主要因素 影响冷拔丝强度的主要因素有原材料的强度和总压缩率 (1) 原材料要求 : 优先采用 HPB235 级热轧光圆钢筋盘条拔制。只有同钢厂、同钢号。同直 径的钢材才能对焊后拔丝。 ORjBnOwcEd (2) 扁圆、带刺、潮湿的钢筋 , 不能勉强拔制。 (3) 冷拔总压缩率 , 即由盘条拔至成品钢丝的横截面总压缩率, 其计算公式为 : d 0 2 - d 2 冷拔总压缩率 = X100% d 2 d 0 原料钢筋直径 (mm); d 成品钢筋直径 (mm); 冷拔总压缩率 越大, 钢丝的抗拉强度越高 , 但塑性也越差。 (4

28、) 冷拔次数 : 冷拔次数对冷拔钢丝的强度影响不大, 但冷拔次数越多 , 则塑性越低。因此 冷拔次数不宜过多 , 但冷拔次数过少 , 每道压缩量过大 , 也易发生断丝和设备安全事故。 2MiJTy0dTT 根据各地长期积累的经验 , 冷拔次数与每道压缩量之间的关系, 可按下式计算 : 后道钢丝直径 =(0.850.9) 前道钢丝直径 (5) 润滑油 : 正确选用润滑油 , 可减少拔丝力和模子损耗, 保持钢丝表面洁净 , 常用润滑油的 主要材料是动物油和石灰, 不能用植物油和矿物油 , 石灰要用优质石灰 , 不能用巳风化的石灰。 常用配方 : 生石灰 100kg,动物油 20Kg 。gIiSpi

29、ue7A 6、安全技术 (1) 操作前 , 要检查机械各部件是否正常, 各个电气开关是否接触良好, 灵敏, 卡具, 链条是 否完好 , 防护装置是否完整 , 并按规定定期加润滑油。 uEh0U1Yfmh (2) 拔丝轧头时 , 两手应离开轧头机 3050crn, 由大到小逐级轧压 , 不准轧压超过机械规定 直径的钢筋 , 严禁用钢筋头去按轧头的电钮。 IAg9qLsgBX (3) 要选用好拔丝模 , 并注意拔丝模的正反面 , 不要放反 , 拔丝模放入拔丝模盘内 , 将上下卡 板用螺丝拧紧 , 不得松动。 WwghWvVhPE (4) 不允许在拔丝机正常运转时用手取拔丝卷筒周围的物件, 以防断料伤人。 (5) 在拔丝运转过程中 , 如发现盘条钢筋打结成乱盘时, 应立即切断电源开关停车检查, 待 正常后 , 再启动。 7、质量检验前面已讲。