第七章混凝土结构工程

第七章混凝土结构工程教学目的与要求：1、掌握钢筋的分类、验收和存放。2、熟悉钢筋冷拉和冷拨的原理、作用和要求。3、掌握钢筋配料的下料长度计算、配料单的编制；4、掌握钢筋代换的原则和方法。教学重点、难点：重点：钢筋的分类、验收和存放；钢筋配料的下料长度计算、钢筋代换的方法。难点：钢筋冷拉和冷拨的原理、作用和要求；钢筋配料的下料长度计算。混凝土结构是指以混凝土为主要材料制成的结构，包括素混凝土结构，钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。钢筋混凝土结构工程在施工中可分为钢筋工程、模板工程和混凝土工程三个部分。钢筋混凝土结构的施工，主要有整体现浇和预制装配两大类方法。在两者之间，还有现浇与装配相结合的施工方法，生产出来的结构称为装配整体式结构。第一节钢筋工程一、钢筋的分类、验收和存放（一）、钢筋的分类按生产工艺可分为热轧钢筋、冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋、钢绞线、消除应力钢丝、热处理钢筋等。建筑工程中常用的钢筋按轧制外形可分为光面钢筋和变形钢筋(螺纹、人字纹及月牙纹)。按结构构件的类型不同，钢筋分为普通钢筋（热轧钢筋）和预应力钢筋。按钢筋在结构中的作用不同可分为受力钢筋、架立钢筋和分布钢筋等。1、普通钢筋（热扎钢筋）表面形状牌号级别符号公称直径屈服点s/MPa抗拉强度b/%伸长率5/MPa冷弯d=弯芯直径a=钢筋公称直径≥光圆HPB235Ⅰφ8~2023537025180d=a带肋HRB335Ⅱφ6~5033549016180d=3~4aHRB400Ⅲφ6~5040057014180d=4~5aRRB400Ⅲφ8~4050063012180d=6~a注：宜首先选用HRB400和HRB335级钢筋。月牙形螺旋纹人字形2、预应力钢绞线3、钢丝预应力钢筋4、热处理钢筋（二）、钢筋的验收和存放1、钢筋的验收（1）查出厂质量证明书或试验报告单；（2）查标牌。（3）按批号及直径分批验收。外观要求：平直，表面不得有裂纹、油污、老锈。（4）按规定抽取试样作力学性能试验。1）抽样数量（试件尺寸：冷拉≥500mm（500～650mm）冷弯≥250mm（250～350mm））2）强度要求抗拉强度实测值：屈服强度实测值≥1.25；屈服强度实测值：钢筋强度标准值≤1.25（一级抗震）或≤1.4（二级抗震）。2、存放（1）分等级、钢号、直径等挂牌存放；（2）尽量放入库房或料棚内；（3）离地≥200mm，有排水设施；（4）运输、储存不得损坏标志；（5）不得和酸、碱、油等类物品放在一起；（6）加工好的分用途堆放。二、钢筋的冷加工包括：冷拉、冷拔、调直、除锈、切断、焊接、弯曲成型、绑扎等。其中冷加工（冷拉、冷拔和冷轧）能提高强度，节约钢材，满足预应力需要。（一）冷拉1、原理：在常温下对钢筋进行强力拉伸，拉应力超过屈服强度，使产生塑性变形，以达到调直、提高强度的目的。其原因是在冷拉过程中，钢筋内部结晶面产生滑移，晶格发生变化，内部组织改变，因而屈服强度提高，塑性降低。晶体组织调整的过程称为“时效”。“时效”又分为“自然时效”和“人工时效”。“冷作硬化”和“冷拉时效”的结果是：由于热轧钢筋的强度标准值系根据屈服强度确定，所以它的强度标准值得到提高，从而强度设计值也得到提高，与此同时塑性却降低了。所以，用作预力筋的钢筋如需焊接时，应在焊接后进行冷拉，以免因焊接产生高温使冷拉后的钢筋强度降低。钢筋冷拉后应有一定的塑性，屈服强度与抗拉强度应保持一定的比值，叫作“屈强比”，以使钢筋有一定的强度储备和软钢特性。冷拉不仅能提高钢筋强度。此外，由于钢筋冷拉后长度增加，因此可节省钢材约10％~15％。还可同时完成钢筋的调直和除锈等工作。2、适用范围：HPB235、HRB335、HRB400、RRB400级钢筋。3、控制方法（1）冷拉率法：钢筋冷拉伸长值与钢筋冷拉前长度的比值。（2）应力法：按规定的控制应力对钢筋进行冷拉，冷拉后检查钢筋的冷拉率，不超规定的冷拉率为合格。（预应力筋冷拉时应选用应力法）（二）冷拔1、原理：用强力将Ф6～10的HPB235钢筋，在常温下通过拔丝模，拉拔成直径更小的钢丝，产生塑性变形，强度硬度提高。冷拉与冷拔不同的是：冷拉是纯拉伸的线应力，而冷拔是纵向拉伸与横向压缩共同作用的立体应力。冷拔总压缩率和冷拔次数对钢丝质量和生产效率有很大影响。冷拔次数应选择适宜，冷拔次数过多，易使钢筋变脆，且降低冷拔机的生产率；冷拔次数过少，每次压缩过大，不仅拔丝模损耗增加，而且易产生回丝和事故。2、工艺：轧头（端头压细）→剥壳（除去铁锈）→拔丝（冷拉拔长）3、规定：直径比1.15：1，8→5是8→7→6.3→5.7→5。6.5→≤4是6.5→5.5→4.6→4。4、适用范围：HPB235钢筋。5、设备：拔丝机、钨合金拔丝模、剥皮装置、扎头机等组成。6、质量要求：表面不得有裂纹和机械损伤。三、钢筋焊接钢筋焊接常用的方法有：闪光对焊、电阻点焊、电弧焊、气压焊、电渣压力焊和埋弧压力焊等。钢筋采用焊接连接可以节约钢材，提高构件质量和加快施工进度。（一）闪光对焊闪光对焊是利用对焊机使两段钢筋接触，通以低电压强电流，把电能转化为热能，使钢筋加热到接近熔点时，施加轴向压力顶锻，使两根钢筋焊合在一起，形成对焊接头。闪光对焊按操作工艺不同可分为连续闪光焊，预热-闪光焊，闪光-预热-闪光焊。根据对接钢筋品种、直径和焊机功率等进行选择，闪光对焊广泛用于钢筋接长、预应力钢筋与螺丝端杆的连接等。热轧钢筋的对接宜优先用闪光对焊，施工条件不可能时才用电弧焊。1、连续闪光焊2、预热闪光焊3、闪光-预热-闪光焊（二）电阻点焊电阻点焊是利用点焊机进行交叉钢筋的焊接，用以生产各种钢筋网片和钢筋骨架。常用的点焊机有：单点点焊机、多头点焊机（一次可焊数点，用于焊接较宽大的钢筋网）、悬挂式点焊机（悬挂在轨道上，用于焊接平面尺寸较大的钢筋骨架和钢筋网）、手提式点焊机（用于施工现场）。(三)电弧焊电弧焊是利用弧焊机使焊条与焊件之间产生高温电弧，熔化焊条和高温电弧范围内的焊件金属凝固后形成的焊接接头。钢筋电弧焊的接头形式主要有四种：(1)搭接接头(2)帮条接头(3)坡口接头，分立焊和平焊。(4)钢筋与预埋铁件接头，可分对接接头和搭接接头两种，对接接头又可分为角焊和穿孔塞焊。(四)气压焊气压焊是利用氧气和乙炔气按一定比例混合燃烧的火焰，将被焊钢筋端部加热到塑性状态再施加一定压力，使两根钢筋焊合的钢筋连接方法。(五)电渣压力焊利用电流通过渣池产生的电阻热将钢筋端部熔化，然后施加压力使钢筋焊合。四、钢筋的机械连接近年来钢筋的机械连接技术发展较快。钢筋机械连接是通过机械手段将两根钢筋进行对接，方法有钢筋套筒挤压连接、钢筋锥螺纹套筒连接、钢筋直螺纹套筒连接等。钢筋的机械连接接头质量可靠，操作简单，施工速度快，无明火作业，不受气候影响，适应性强，且能用于可焊性差的钢筋。(一)钢筋套筒挤压连接钢筋套筒挤压连接是将两根待连接钢筋插人特制的钢连接套筒，采用专用挤压机在常温下对连接套筒加压，使连接套筒产生塑性变形后与待连接钢筋端部机械咬合，从而形成可靠的钢筋连接接头。套筒挤压连接又分为径向挤压和轴向挤压两种作业方式。1、径向套筒挤压连接2、轴向套筒挤压连接(二)钢筋锥螺纹套筒连接锥形螺纹钢筋连接是将两根待接钢筋的端部和套筒预先加工成锥形螺纹，然后用力矩扳手将两根钢筋端部旋人套筒形成机械式钢筋接头。(三)直螺纹钢筋连接钢筋直螺纹套筒连接是通过钢筋端头特制的直螺纹和直螺纹套管，将两根钢筋咬合在一起。与钢筋锥螺纹套筒连接的技术原理相比，相同之处都是通过钢筋端头螺纹与套筒内螺纹合成钢筋接头，主要区别在钢筋等强技术效应上。钢筋等强直螺纹套筒连接有两种形式：一种是滚压切削直螺纹接头。另一种是墩粗切削直螺纹接头。连接方法比较：焊接—成本低，质量可靠，优先选用。机械—无明火作业，设备简单、节能，不受气候影响，适用范围广。绑扎—操作简单，浪费材料，连接不可靠，限制使用。五、钢筋配料导入：钢筋的加工，是将直线状态的钢筋弯曲成需要的钢筋构件，而我们已知钢筋配筋图，如何计算钢筋下料长度呢？1、钢筋下料长度计算及规定原理：根据构件配筋图绘出单根钢筋简图计算钢筋下料长度、总根数、总重量编制配料单、备料说明：一般情况依据构件配筋图，若设计图详细也有单根钢筋简图。钢筋下料长度计算及规定单根钢筋简图分析：L2S1L3L4S2L11）由于结构受力要求，钢筋须弯曲，外壁伸长、内壁缩短，中心线不变2）钢筋标注长度：钢筋外皮到钢筋外皮的长度，即外包尺寸3）钢筋下料长度：钢筋在直线状态下截断的长度，即中心线长度，结构施工图中所标注的钢筋长度是钢筋外缘至外缘之间的长度，即所谓外包尺寸。外包尺寸是施工中量度钢筋长度的基本依据。混凝土保护层厚度是指受力钢筋外边缘至混凝土构件表面间的距离。保护层的功能是使混凝土结构中的钢筋免于大气的锈蚀作用。4）钢筋弯钩增加长度（在简图上分析演算）Ⅰ级钢筋，末端180°弯钩，普通砼，弯曲D=2.5d，平直段长度L=3d，弯钩增加长度为6.25d；Ⅱ、Ⅲ级钢筋，末端有时需做90°或135°弯钩，增加长度按设计要求确定。说明：HPB235，180°→6.25d；HRB335、400，90°→d+平直；HRB335，135°→3d+平直；HRB400，135°→3.5d+平直钢筋弯曲180°钢筋弯曲90°5）钢筋弯折量度差值：（在简图上分析演算）钢筋在弯曲时，其外边缘伸长而内边缘缩短，钢筋的中轴线则保持弯曲前的长度。但钢筋长度的度量采用的是其外包尺寸，因此弯曲后的钢筋，其外包尺寸与轴线尺寸间存在一个差值，称为量度差值。在计算钢筋下料长度时必须从外包尺寸中扣除，才能确保按钢筋的轴线实际长度准确下料。弯折角度30°45°60°90°135°量度差值0.3d0.5d0.85d2d3d直钢筋下料长度＝构件长度一保护层厚度+弯钩增加长度弯起钢筋下料长度＝直段长度+斜段长度一弯折量度差值+弯钩增加长度箍筋下料长度＝直段长度+弯钩增加长度一弯折量度差值(或箍筋下料长度＝箍筋周长+箍筋调整值)箍筋调整值表：箍筋量度方法箍筋直径/mm4~56810~12量外包尺寸40506070量内包尺寸80100120150~170备注：钢筋总根数从构件配筋图直接确定钢筋总重量=截面积×下料长度×总根数×钢筋密度2、编制配料单（通过实例演示）某矩形梁L1的配筋如图所示：1-136@2001202142011500200400分析：a、受力钢筋外皮至构件表面的距离为砼保护层厚度（梁两端10mm，其余25mm）b、弯起钢筋斜长s=（H-2b）/sina解：计算钢筋下料长度①号筋的下料长度：6000-10×2+2×6.25×20=6230（mm）②号筋的下料长度端头平直段长度为：400-10=390mm斜长为：（500-2×25）×1.414=636mm中间平直段长度为：6000-2×400-2×（500-2×25）=4300mm下料长度：（390+636）×2+4300+2×6.25×20-4×0.5×20=6562mm③号筋的下料长度钢筋外包尺寸为：（（200-2×25+2×6）+（500-2×25+2×6））×2=1248mm料长度为：1248+50=1298mm编制配料单：构件名称编号简图直号钢号下料长度单位根数合计根数重量L1梁10根120φ6230440614.72220φ6562110161.8736φ12983130089.33六、钢筋代换1、施工中如遇供应的钢筋品种或规格与设计图纸要求不符时，可进行钢筋代换。根据钢筋的作用通常有以下三种代换的方法：(1)当结构构件的钢筋按强度设计时，可按强度相等的原则代换（不同种类的钢筋代换，按钢筋抗拉设计值相等）：22212112yyfdfdnn(2)当结构构件的钢筋按构造配置或按最小配筋率设置时，可按钢筋总截面积相等的原则代换（相同种类和级别的钢筋代换，按钢筋等面积代换）：222112ddnn（3）当结构构件的钢筋按抗裂度、裂缝宽度或变形挠度设计时，钢筋代换时，应对其抗裂度、裂缝宽度或变形挠度进行验算。2、钢筋代换注意事