关于钢筋冷拉
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,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 4~10%,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 25~30%。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 15~28 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 150~300 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 Δ L 冷拉率 δ = ——————————— ×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 Δ L / 弹性回缩率 γ = ——————————— ×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 4—16。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 d≤12280 10 2 HRB335 级 d≤25450 5.5 d=28~40 430 5.5 3 HRB400 级 d=8~40 500 5 4 RRB400 级 d=10~28 700 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应力两种方法。 ①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 4—17 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 4—16 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 4—16 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 4—17 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 HPB 级 d≤12310 2 HRB335 d≤25480 d=28~40 460 3 HRB400 级 d=8~40 530 4 RRB400 级 d=10~28 730 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 Δ L 按下式计 算:Δ L=δ L 式中:δ ——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 ②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 4—16 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 4—16 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 4—16 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 Δ 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( 4—11)可知 20MnSiV 为 HRB400 钢筋,查教材第 123 页表(4—7),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 Δ L=0.05×30=1.5(米)。 若实际伸长值小于或等于理论伸长值 Δ L,则合格。 若实际伸长值大于理论伸长值 Δ 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 0.5~1.0m/秒。为使钢筋充分变形。 D、当拉至控制应力时,停 2~3 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 冷拉 HRB335 级≤ 25 450 510 10 3d 90 0 28~40 430 490 4d 90 0 冷拉 HRB400 级 8~40 500 570 8 5d 90 0 冷拉 RRB400 级 10~28 700 835 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;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 350~450mm、卷筒转速为 6~8r/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 50—500kN;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 4—63(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 4—59(a)和图 4—59(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 30~50kN;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 4—63(b) 和图图 4—63(c)及(图 4—64)。GMsIasNXkA 图 4-64 液压千斤顶系统冷拉装置 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 4—65 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 4—65 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 50~200kN;对于电子秤(图 4—66),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 150~2 00mm、压力为 500~1000kN 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 4—67)。TIrRGchYzg 图 4—66 电子秤 图 4—67 压力表 6)地锚图 4—68 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 4—69。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 5~10KN。 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 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 0.08zvpgeqJ1hk 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=(1—K / )(σ A S / 1000 —F) σ ——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 / =(σ A S / 1000 —F / ) 表 4—19 滑轮组省力系数 [例题] 如图 4—63(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 4—10,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=314.2mm21nowfTG4KI 钢筋冷拉力 N=500×314.2=157100N=157.1kN
设备能力 Q= S / K / - F =50 /0.096 - 10 = 510KN > 157.1KNfjnFLDa5Zo 满足要求。 测力计负荷按: P=(1—K / )(σ AS / 1000 —F)=(1—0.096)×(500×314.2—10)=0.588(KN)tfnNhnE6e5 (二)钢筋冷拔 1、原理 钢筋冷拔是将 Φ 6~Φ 8 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 4—70),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 ①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; ②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 ③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 2~3 个槽轮,单向错开布置。槽轮 的直径宜为钢筋直径的 15~20 倍,钢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
④轧头机 轧头机的轧轮直径 100~120mm,长度 140~180mm,转速 35~45 转/分,轧滚凹槽直径 2~7m,每 隔 0.5~1.0mm 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: ①将盘圆钢筋通过拔丝机上的槽轮组(剥皮机)除锈。
②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。 ③将经过轧头的钢筋穿人拔丝模孔后,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 β = —————— 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 β 越大,钢丝的抗拉强度越高,但塑性也越差。 (4)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=(0.85~0.9)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。gIiSpiue7A 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 30—50crn,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。