钢筋冷拉是指在常温下,以超过钢筋屈服强度的拉应力拉伸钢筋,使其产生塑性变形,以提高它的屈服强度,达到节约钢材的目的。
冷拉工艺适用于Ⅰ~Ⅳ级钢筋。冷拉Ⅰ级钢筋只用作非预应力受拉钢筋,冷拉Ⅱ、Ⅲ级钢筋多用作预应力钢筋。冷拉钢筋一般不用作受压钢筋,即使用于受压钢筋,也不利用其冷拉后提高的强度。在承受冲击荷载的动力设备基础及负温条件下也不应采用冷拉钢筋。
(一)冷拉控制方法
1.单控制冷拉
就是只控制钢筋的冷拉率,即将钢筋拉伸到一定长度后,要将拉力保持2~3min,然后再放松夹具,取出钢筋,避免钢筋弹性回缩过大。其冷拉率按规定经应力试验测定,其试件应从同炉同批钢筋中截取,试件数量不少于4个。钢筋冷拉时,以表2-7规定的冷拉应力测定每个试件的冷拉率,取其平均值作为控制冷拉率的依据,且应符合表2-7中的规定。另外3号钢筋冷拉率一般不做试验,选用8%的冷拉率是比较合适的。
表2-7 测定冷拉率时钢筋的冷拉应力
长度为L的钢筋,如经试验确定的冷拉率为γ,采用单控制冷拉时,其拉长值为
冷拉由几根钢筋连接而成的钢筋时,除控制整根钢筋的冷拉率外,还应分别抽查测定各段钢筋的冷拉率,各段钢筋的冷拉率允许低于表2-7中的下限数值(不得低于1%),但不得超过表中规定的上限数值。
2.双控制冷拉
就是以控制钢筋冷拉应力为主,冷拉应力按表2-8中相应级别钢筋的控制应力选用,同时还应检查钢筋的冷拉率,使其不超过表2-8中的最大冷拉率。
表2-8 冷拉控制应力及最大冷拉率
钢筋冷拉时,如果钢筋应力已达到规定的控制应力,而冷拉率未超过表2-8中最大冷拉率,则认为合格。如果钢筋应力达到冷拉控制应力时,钢筋冷拉率已超过表2-8中最大冷拉率,则认为不合格,应进行机械性能试验,按其实际级别使用。由于钢筋材质存在不均匀性,其力学性能往往表现出一定差异,因此对预应力钢筋进行冷拉时宜采用双控制冷拉法,可使钢筋冷拉后屈服点提高值较为准确一致,钢筋的质量比较稳定。
冷拉钢筋时,控制冷拉力P等于控制应力σm乘以钢筋截面面积F,即
(二)冷拉工艺及主要设备
冷拉工艺有两种: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)专用液压千斤顶配合台座机构进行冷拉。
1.卷扬机冷拉
卷扬机冷拉所用冷拉装置系统主要包括拉力设施(由卷扬机和滑轮组构成)、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2-28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。
常见卷扬机系统所用主要设施如下:
(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6~8rpm的慢速卷扬机。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3~8门,可拉的拉力为150~500kN;必要时,为了成倍提高冷拉能力,可以再增加一组动滑轮,如图2-28(c)所示。
(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2-28(a)和图2-28(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,其拉力可达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。
图2-28 卷扬机冷拉系统
(3)承力装置。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2-28(b)和图2-28(c),压杆(也可以做成柱式或槽式的)和端横梁构成冷拉台座(两侧是压杆,两端是端横梁)。
(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2-29(a)的槽式连接器夹具;钢筋端部未经处理的原体部位可用图2-29(b)和图2-29(c)楔块形、月牙形或偏心式夹具。
选择夹具时还要根据张拉钢筋的粗细情况来选用,月牙形夹具适合冷拉细钢筋;偏心式夹具和槽式夹具适合于冷拉粗钢筋;楔块式夹具在粗细钢筋冷拉中都很适用。
(5)测力装置。测力器可用弹簧测力计,但它的可测力较小,一般为50~200kN;对于电子秤,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150~200mm、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,使用油泵供油,并在输油部位安装压力表。
图2-29 钢筋冷拉夹具
操作要点:(www.xing528.com)
(1)冷拉每批钢筋前,要根据冷拉控制应力值调整好自动控制测力装置;采用千斤顶测力时,应先算出压力表读数,然后开动油泵向千斤顶送油,使活塞杆伸出(普通型千斤顶)或缩回(拉杆式千斤顶)。同时,要以试验确定的冷拉率计算钢筋总伸长值,在标尺上作出明显标志,以进行长度控制。
(2)根据欲冷拉的钢筋长度以及端部状况,选好长度合适的钢筋拉杆和相应的夹具。
(3)把已经对焊好的钢筋放在冷拉线上就位固定,一端夹在冷拉小车夹具上,另一端夹紧在拉杆的夹具上。
(4)开动卷扬机,当钢筋建立了一定数值的初应力(约10%~20%的冷拉控制应力)并被拉直时,立即刹车,在标尺上作好标志,以此作为测量钢筋伸长值的起点。
(5)再开动卷扬机,当冷拉力达到所要求的数值时,测力装置便自动停车;或观察千斤顶压力表读数达到规定数值时立即停车。持荷片刻后,测量钢筋的冷拉伸长值,然后放松到初应力状态,测定钢筋的弹性回缩值。
(6)测力的千斤顶布置在固定端时,为了节省观测人员并使读数准确,亦可将压力表、油泵移到冷拉端,由开卷扬机的人一并观测操纵。
(7)在卷扬机前面和固定端后面必须有可靠的安全防护装置。
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、回程设施等。由于钢筋受冷拉后伸长值很大(与预应力钢筋张拉时的伸长值比较),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2-30。
操作要点:
(1)由于千斤顶行程长,要求安装精确,必须使受力轴线与千斤顶的轴线相重合。
(2)冷拉钢筋和降压回程时,都要保持平稳、均匀、徐缓和无冲击。
(3)千斤顶在开始工作时或在使用过程中,如发现混入气体,应空运行1~2min,以排除油缸内的气体。
(4)应根据使用情况定期进行维修保养,如发现漏油、工作表面刮伤等现象,应停止使用,进行检修。
图2-30 千斤顶系统冷拉操作线示意图
(5)注意冷拉过程中冷拉伸长值和控制应力值的测量准确性,并做好记录。
(6)切实注意操作安全,机上所设限位开关(当钢筋拉脱或断裂时,可缓冲弹簧和止流阀)必须可靠;操作时,冷拉线两端头严禁站人,并应设置相应的防护装置。
(三)冷拉钢筋的质量及安全技术
1.冷拉钢筋的质量及验收
冷拉钢筋的质量及验收应符合下列规定:
(1)应分批验收,每批由不大于20t的同级别、同直径冷拉钢筋组成。
(2)冷拉后钢筋表面不得有裂纹及局部颈缩,作预应力钢筋的应逐根检查。
(3)冷拉钢筋的机械性能指标应符合表2-9的规定。从每批冷拉钢筋中抽取两根钢筋,每根取两个试件分别进行拉力和冷弯试验,如有一项试验结果不符合表2-9的规定,则应另取两倍数量的试件重做各项试验;如仍有一个试件不合格,则该批冷拉钢筋为不合格品。
表2-9 热轧钢筋的机械性能指标(d为钢筋直径)
进行拉力试验时,计算冷拉钢筋的屈服点和抗拉强度所用的钢筋面积应采用冷拉前的截面面积。
(4)冷拉钢筋进行冷弯试验后,不得有裂纹、鳞落或断裂的现象。
(5)预应力钢筋应先对焊后冷拉,以免因焊接高温的影响而降低钢筋冷拉获得的强度。同时冷拉也可检验对焊接头的质量。
(6)钢筋经过冷拉后,表面容易发生锈蚀,因此要注意冷拉后钢筋的防锈工作。
2.钢筋冷拉的安全要点
(1)冷拉前首先检查冷拉设备能力和钢筋的冷拉力是否相适应,不允许设备超载冷拉。
(2)要经常检查冷拉地锚是否稳固,卷扬机、信号装置、钢丝绳、夹具、滑轮组等是否正常。要在冷拉操作前排除卷扬机滑移,信号、机械、夹具失灵,或钢丝绳断裂等不安全因素。
(3)冷拉线两端必须设置安全防护装置,以防止因钢筋拉断或滑脱夹具飞出伤人。严禁其他人员站在冷拉线两端,或跨越、触动正在冷拉的钢筋。
(4)整个冷拉操作过程应统一指挥,操作人员要思想集中,相互配合。卷扬机操作员要根据信号开车、停车。工作完毕要切断电源,再对机具进行清洁、保养。
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