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第四章混凝土结构工程教学目的：通过本章学习使学生了解和掌握混凝土材料、钢筋工程、模板工程和混凝土工程的施工工艺。教学要求：⒈了解模板的构造、要求、受力特点及安拆方法；了解混凝土结构工程的特点及施工过程，了解钢筋的种类、性能及加工工艺；了解混凝土原材料、施工设备和机具性能了解混凝土冬期施工工艺要求和常用措施。⒉掌握模板的设计方法；掌握钢筋冷拉、冷拔、对焊工艺及配料、代换的计算方法。掌握钢筋冷拉、冷拔、对焊工艺及配料、代换的计算方法。掌握为保证钢筋与混凝土共同工作，在施工工艺上应注意的问题；掌握混凝土施工工艺原理和施工方法、施工配料、质量检验和评定方法。教学重点：钢筋质量检验、钢筋的冷加工及质量控制、钢筋焊接的方法及质量要求；钢筋的配料、代换、安装验收；模板作用及要求，组合钢模板的组成与配板设计；混凝土拌制、运输、浇筑的要求，运输方法、浇筑方法、振实原理及方法，整体式钢筋混凝土结构的浇筑及施工缝；影响混凝土工程质量的因素及保证混凝土工程质量的措施。教学难点：钢筋下料长度的计算，钢筋焊接的方法及质量要求；钢筋的配料；混凝土振捣原理、设备及使用，施工缝留置及处理；混凝土振捣原理、设备及使用，施工缝留置及处理。教学方式：讲授法参考资料：1.毛鹤琴．土木工程施工（第2版）．武汉：武汉工业大学出版社，20042.重庆大学、同济大学、哈尔滨工业大学．土木工程施工（上、下册）.北京：中国建筑工业出版社，20033.赵世强．土木工程施工实习手册．北京：中国建筑工业大学出版社，20034.姜卫杰．《土木工程施工》学习指导．武汉：武汉工业大学出版社，2000教学过程及内容：第四章混凝土结构工程4.1概述4.1.1混凝土结构工程：是指按设计要求将钢筋两种材料，利用模板浇筑而成的各种形状和大小混凝土构件或结构。4.1.2混凝土：由胶结料、骨料、水和外加剂按一定比例拌合而成的混合物，经硬化后所形成的一种人造石。4.1.3钢筋与混凝土能共同工作的原因：混凝土硬化后紧紧握裹钢筋，钢筋又受混凝土的保护而不致锈蚀，钢筋与混凝土的线膨胀系数相近（钢筋为0.000012，混凝土.000010~0.000014），当温度变化时，不会因胀缩不均而破坏两者间的粘结。4.1.4混凝土结构的特点：具有耐久性、耐火性、整体性、可塑性好，节约钢材，可就地取材的优点。因此应用极为广泛。自重大、抗裂性差、现场浇捣受季节气候限制，补强修复较困难。混凝土结构工程的内容：模板工程、钢筋工程、混凝土工程。4.2钢筋工程4.2.1钢筋的种类及性能1.化学成分:低碳钢(含碳量低于0.25%）碳素钢钢筋中碳钢(含碳量0.25%~0.7%）高碳钢(含碳量高于0.7%~1.4%）锰Mn(强度、硬度、可焊性)普通低合金钢钛Ti钒V(强度,塑性,韧性,可焊性硅Si(弹性,强度,硬度,塑性,韧性2.外型:光面钢筋I；变形钢筋Ⅱ(螺纹、人字纹、月牙纹)。3.生产工艺:热扎钢筋、冷拔钢丝、热处理钢筋、精扎螺旋钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线。4.供应方式：φ6-φ10盘圆、盘条钢筋；≥φ12扎成6~12m一根，直条、碾条钢筋5.强度I级钢筋（235/370级）；Ⅱ级钢筋（335/510级）；Ⅲ级钢筋（370/570级）；Ⅳ级钢筋（540/835级）；钢丝φ3-56.直径φ细钢筋φ6-10；中粗钢筋φ12-20；粗钢筋φ20受力钢筋7.作用架立钢筋分布钢筋8.钢筋的验收:钢筋进场应有出厂质量证明书或试验报告单,并按品种、批号、直径分批验收。每批重量热扎钢筋≤60T,钢绞线≤20T,验收内容包括钢筋标牌和外观检查,并按有关规定取样进行机械性能（屈服点，抗拉强度，伸长率及冷弯指标）试验。如加工过程中发现脆断、焊接性差或机械性能显著不正常时，应进行化学成分检验或其它专项试验。9.钢筋加工的内容：冷拉、冷拔、调直、切断、镦头、弯曲、焊接、机械连接、绑扎。4.2.2钢筋的冷加工一、钢筋冷拉⒈冷拉原理:“变形硬化”（冷硬）就是将钢筋在常温下进行强力拉伸，使拉力超过屈服点，产生塑性变形，重新加荷，产生新的屈服点，这个屈服点明显高于冷拉前的屈服点的现象。“时效硬化”：冷硬后新的屈服点随时间有所提高的现象。原因:因为在冷拉过程中，钢筋内部晶体沿着结合力最差的结晶面产生相对滑移，使滑移面上的晶格歪扭变形，晶格破碎构成滑移面的凸凹不平，阻碍晶体继续滑移，使钢筋内部组织产生变化的结果。这种变化随时间的增长而逐渐稳定。结果:长度增加，强度提高，塑性降低，脆性增大，密度减小，导热性降低，电阻增加。应用：由于强度提高，长度增加，在砼结构工程中可节约10%-20%的钢筋，还可调直、除锈。2.冷拉控制方法：冷拉率和冷拉应力σ=F/S3.质量要求：冷拉适用于I-Ⅳ级热扎钢筋。冷拉后主要用作受拉钢筋，Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级钢筋冷拉后用作预应力钢筋。冲击荷载的动力设备基础、吊环及负温度条件下不得使用冷拉钢筋。①外观：无裂纹、局部缩颈②力学性能：拉伸屈服强度、伸长率③要求：冷弯无裂纹、鳞落、断裂4.钢筋冷拉设备：拉力设备、承力结构、钢筋夹具、测量装置卷扬机ΔL千斤顶F冷拉速度V1m/min时效硬化时间Ts≥24h5.安全：不得斜拉，缓缓放松，两端防护，冷拉时人不得跨越钢筋和站于端头。4.2.2钢筋的冷拔：一、原理：与冷拉相似，冷拉为纯拉伸线应力，冷拔为拉伸与压缩兼有的立体应力。二、方法:以强力拉拔的方法，使直径为6~10mm的I级光圆钢筋，在常温下通过比其直径小0.5~1.0mm的特制乌金拔丝模孔而拔成比原钢筋直径小的钢丝，称冷拔低碳钢丝。三、结果:呈硬钢性质，塑性降低，无明显屈服阶段，强度可提高40%-90%，可节约大量钢筋。四、工艺：剥壳、扎头、润滑、拔丝。五、质量因素：次数多变脆，效率低。少每次压缩量大，易断丝，易损耗拔丝模，易发生安全事故。1.次数：拔丝机拉力大小和钢筋是否会拉断来确定。2.总压缩率：越大，强度越高，塑性越低。3.其他(材质、孔型、润滑剂质量)φ8→φ7→φ6.3→φ5.7→φ5ß=61%φ6.5→φ5.5→φ4.6→φ4→φ3.5→φ3ß=78.7%4.2.3钢筋焊接作用：代替绑扎，节约钢材，受力好，功效高，成本低。效果：可焊性（碳，合金元素含量）焊接工艺焊接方法：对焊，电弧焊，点焊，电渣压力焊。一、对焊（钢筋接触对焊）1.特点:成本低、质量好、工效高、应用广。2.原理:是利用对焊机使两段钢筋接触，通过低电压强电流，把电能转化为热能，使钢筋加热到一定温度后，即施以轴向压力顶锻，使两根钢筋焊合在一起。4.质量要求：1）外观:无裂纹、烧伤；适当镦粗，有均匀毛刺,弯折角度≤40，轴线偏移≤0.1d且≤2mm；2）机械性能：拉伸时其抗拉强度≥母材,断于接头外，冷弯时应不在焊接处或热影响区断裂,外侧横裂缝≤0.15mm，IV级钢筋不允许有裂纹。二、点焊1.工作原理：将钢筋的交叉点放在点焊机的两电极间，使钢筋通电发热至一定温度后，加压使焊点金属焊合。2.优点：使单根钢筋成型为各种网片、骨架，代替人工绑扎，实现生产机械化、提高工效、节省劳动力和材料、保证质量、降低成本。焊接骨架或焊接网可在砼中更好锚固，提高构件刚度和抗裂性，骨架成型应优先采用点焊。3.质量要求：1）外观:无脱落、漏焊、气孔、裂缝、空洞以及明显烧伤现象。抗剪强度≥母材2）机械性能：抗拉强度≥母材,断于接头外冷弯无裂纹，裂断。三、电弧焊1.工作原理：电焊时，电焊机送出低压的强电流，使焊条与焊件之间产生高温电流，将焊条与焊件金属熔化，凝固后形成一条焊缝。2.电焊机：直流电焊机，交流电焊机3.钢筋电弧焊的接头形式有：搭接焊接头（单面焊缝或双面焊缝）、帮条焊接头（单面焊缝或双面焊缝）、剖口焊接头（平焊或立焊）和熔槽帮条焊接头（下图）。钢筋电弧焊的接头形式a)搭接焊；b)帮条焊；c)立焊的剖口焊；d)平焊的剖口焊注意：焊接接头质量检查除外观外，亦需抽样作拉伸试验。如对焊接质量有怀疑或发现异常情况，还可进行非破损检验（X射线、γ射线、超声波探伤等）。4.质量要求：①外观：焊缝平顺，无裂缝，无明显咬边、凹陷、焊瘤、夹渣及气孔，尺寸和缺陷符合规定。②超声波探伤：1%切片抗拉强度≥母材，2/3呈塑性断裂四、电渣压力焊1.原理：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。2.应用：现场竖向或斜向接长。3.特点：操作简单，工作条件好，功效高，成本低（比电弧焊节约电80%，比绑扎和帮条焊节约钢筋30%，提高功效6-10倍）4.设备：焊接电源、焊接夹具、焊剂合。5.质量要求：外观：逐个检查，要求焊包均匀，突出部分高于钢筋表面4mm，无裂纹和明显烧伤缺陷。弯折角度≤40,轴线偏移≤0.1D且≤2mm；抗拉强度≥母材，（取3/300试验）。五、气压焊气压焊接钢筋是利用乙炔-氧混合气体燃烧的高温火焰对已有初始压力的两根钢筋端面接合处加热，使钢筋端部产生塑性变形，并促使钢筋端面的金属原子互相扩散，当钢筋加热到约1250~1350℃（相当于钢材熔点的0.80~0.90倍）时进行加压顶锻，使钢筋焊接在一起。4.2.4钢筋机械连接：钢筋机械连接通过机械手段将两根钢筋进行对接。一、钢筋冷挤压连接1.原理：将两根待连接钢筋插入一个金属套管，然后采用挤压机和压模在常温下对金属套管加压，使两根钢筋紧固成一体。2.特点：操作简单、对中度高、钢筋连接质量优于钢筋母材的力学性能、连接速度快、安全可靠、无明火作业、不污染环境。3.分类：①径向挤压套管连接（带肋钢筋）沿套管直径方向从套管中间依次向两端挤压套管，使之冷塑性变形，把插在套管里的两根钢筋紧紧咬合成一体。②轴向挤压套管连接：钢筋轴线挤压金属套管，把插在套管里的两根热轧带肋钢筋紧固连成一体。③质量要求（外观）：A.钢筋连接端花纹要完好无损，不准打磨花纹；连接处不准有油污、水泥等杂质；B.钢筋端头离套管中心线≯10mm；C.压痕间距宜为1～6mm，挤压后的套管接头长度为套管原长度的1.10～1.15倍，挤压后的套管接头外径，用量规测量应能通过，压模处最小外径为套管原外径的0.85～0.90倍；D.挤压接头处不得有裂纹、弯折角度≤40。④锥形螺纹钢筋连接将两根待连接钢筋的端部和套管预先加工成锥形螺纹，然后用力和力距扳手将两根钢筋端部旋入套筒形成机械式钢筋接头。A.特点：接速度快，对中性好、工艺简单、安全可靠、无明火作业、不污染环境、节约钢材和能源、可全天候施工，有利于工业化文明施工，有明显的技术、经济和社会效益。B.连接方法：4.2.5钢筋的配料及加工一、下料长度计算：1.量度差值:钢筋弯曲时，其外壁伸长，内壁缩短，而中心线长度不变，但是简图尺寸或设计图中注明的尺寸为外包尺寸，显然外包尺寸大于中心线长度，它们之间的差值，称为“量度差值”。2.下料长度计算：钢筋下料长度=外包尺寸+端头弯钩长度-量度差箍筋下料长度=箍筋周长+箍筋调整值①半圆弯钩的增加长度：I=6.25d②量度差：弯曲度：3004506009001350量度差：0.35d0.5d0.85d2d2.5d③箍筋调整值箍筋调整值=弯钩增加长度+弯曲量度差箍筋调整值箍筋量度方法箍筋直径(毫米)4~56810~12量外包尺寸40506070量内包尺寸80100120150~170⒉钢筋的代换代换方法:①等强代换(强度控制时）AS2fy2≥AS1fy1②等面积代换（最小配筋率控制时）AS2≥AS1③裂缝宽度或挠度验算（裂缝宽度或挠度控制时）二、钢筋加工1.钢筋调直：冷拉、锤直、板直、调直机调直。2.钢筋除锈：冷拉调直过程除锈，电动除锈机除锈,手工除锈（钢丝刷，砂盘）。3.钢筋切断：钢筋切断机≤40mm，手动切断器≤12mm，氧炔焰，电弧割切，锯断40mm。4.钢筋弯曲：弯曲机，弯箍机，板钩弯曲。三、钢筋的绑扎与安装⒈绑扎钢筋网和骨架：①钢筋绑扎和安装前，应先熟悉图纸，核对钢筋配料单和料牌，研究与有关工程的配合，确定施工方法。绑扎形式复杂的结构部位时，应先研究逐根钢筋穿插就位的顺序，并与模板安装配合，减少绑扎困难。钢筋绑扎一般应采用20~22号铁丝，要求绑扎位置准确、牢固；在同一截面内，绑扎接