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第四章 混凝土工程
模板工程
钢筋工程
混凝土工程
预应力混凝土工程
第二节 钢筋工程
钢材：钢筋、钢丝、钢绞线
按化学成分：低碳钢钢筋、普通低合金钢钢筋（在碳素钢成分中加入锰、钛、钒等合金元素以改善性能）。
按加工：钢筋分为热轧钢筋和热处理钢筋
热轧钢筋：HPB235,HPR335,HPR400，RRB400四级
热处理钢筋：40Si2Mn,48Si2Mn,45Si2Cr三个级别
钢筋的强度和硬度逐级升高，塑性则逐级降低。HPB235级钢筋的表面为光圆，HRB335，HRB400级钢筋表面为人字纹、月牙形纹或螺纹，Ⅳ级钢筋表面有光圆与螺纹两种。为便于运输，Φ6~Φ9的钢筋常卷成圆盘，大于Φ12的钢筋则轧成6~12m长一根。
钢丝：刻痕钢丝、碳素钢丝、冷拔低碳钢丝三类，而冷拔低
碳钢丝又分为甲级和乙级，一般皆卷成圆盘。
钢绞线：一般由7根圆钢丝捻成，钢丝为高强钢丝。
我国重点发展：屈服强度标准值为400MPa的新Ⅲ级钢的钢筋和屈服强度为1720~1860MPa的低松弛、高强度钢丝的钢绞线，同时辅以小直径（Φ4~Φ12）的冷轧带肋螺纹钢筋。
钢筋加工过程：冷拉、冷拔、调直、剪切、镦头、弯曲、焊接、绑扎等。
钢筋应有质量证明书、机械性能复验报告单，每捆有标牌，进场按炉罐（批）号及直径分别检验、验收、堆放，检查内容包括查对标志、外观检查，并按规定抽样作力学性能试验。
钢筋在加工过程中，发现脆断、焊接性能不良、或力学性能值不正常，尚应对钢筋进行化学成分和其它专项检验。
抗震要求的框架结构纵向受力钢筋强度实测值应符合：
１、抗拉强度与屈服强度实测值之比不小于１.２５；
２、屈服强度实测值与钢筋强度标准值的比值：一级抗震时不大于１.２５，二级抗震不大于１.４。
钢筋冷拉
钢筋冷拉：在常温下对热轧钢筋进行强力拉伸。
拉应力超过钢筋的屈服强度，使钢筋产生塑性变形，以达到调直钢筋、提高强度、节约钢材的目的，对焊接接长的钢筋亦检验了焊接接头的质量。冷拉HPB235级钢筋多用于结构中的受拉钢筋，冷拉HRB335，HRB400，RRB400级钢筋多用作预应力构件中的预应力筋。
钢筋冷拉是在常温下，以超过钢筋屈服点的拉应力拉伸钢筋，使钢筋产生塑性变形，通过时效的作用，提高钢筋强度，节约钢材。
冷拉钢筋适用于Ⅰ~Ⅳ级钢筋，冷拉时钢筋被拉直，表面锈渣自动脱落，因此冷拉可同时完成调直和除锈工作。
适用范围：冷拉Ⅱ~Ⅳ级钢筋通常用作预应力筋，冷拉Ⅰ级钢筋用作非预应力筋。冷拉钢筋一般不用作受压钢筋，即使用作受压钢筋也不利用冷拉后提高的强度。承受冲击荷载的构件不应用冷拉钢筋。
钢筋冷拉后内应力促使钢筋晶体组织自行调整的过程称为“时效”，时效后，钢筋强度提高，塑性降低，弹性模量恢复。
Ⅰ、Ⅱ级钢筋在常温下（自然时效）须１５ ~ ２８天才能完成，可采用人工时效，放入１００°Ｃ的水或水蒸气中蒸煮２小时；
Ⅲ、Ⅳ级钢筋在自然条件下一般达不到时效的效果，一般采用通电加热至１５０ ~ ３００°Ｃ，保持２０Ｍin左右。
２、钢筋冷拉参数及控制方法
１）、钢筋冷拉参数 钢筋冷拉率 冷拉应力
钢筋冷拉率：钢筋冷拉时包括其弹性和塑性变形的总伸长值与钢筋原长之比（％）。在一定限度范围内，冷拉率和冷拉应力愈大，则屈服点提高愈多，而塑性也愈降低，但仍有一定的塑性。冷拉强度与屈服点之比不宜太小，使钢筋有一定强度储备。
２）、控制方法
钢筋冷拉可采用控制应力和控制冷拉率的方法。
用作预应力的钢筋宜采用控制应力的方法；不能分清炉批的热轧钢筋不应采用控制冷拉率的方法。
ａ、控制应力方法（双控）
满足控制应力的前提下，冷拉率不得超过最大冷拉率。
ｂ、控制冷拉率的方法（单控）
控制冷拉率应由试验确定。同炉批的钢筋中取不少于４个的试样，根据下表的冷拉应力测定各试件的冷拉率，取其平均值作为该批钢材的实际采用的冷拉率，小于1％，取1％。
测定冷拉率的冷拉应力
钢筋级别 Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
１２以内 ２５以内 ２８~４０
冷拉应力 ３１０ ４８０ ４６０ ５３０ ７３０
为使钢筋变形充分发展，冷拉速度不宜过快，以０．５~１Ｍ每分钟为宜，拉到规定值后须停１~２分钟，待钢筋变形充分发展后再放松钢筋。
３、钢筋冷拉质量
冷拉后，钢筋表面不应发生裂纹，或局部颈缩现象，并应按要求进行拉力和冷弯试验，质量应符合规定。
冷弯试验时，不得有裂纹、起层、断裂现象。
４、冷拉设备
拉力装置、承力结构、钢筋夹具、测量装置、回程装置
钢筋冷拉时应缓缓拉伸，缓缓放松，并应防止斜拉，正对钢筋两端不许站人和跨越钢筋。
（二）钢筋的冷拔
１、钢筋冷拔的特点和应用
冷拔是使６~８mm的Ⅰ级钢筋强力通过特制的钨合金拔丝模孔，使钢筋产生塑性变形，改变物理力学性能。
钢筋经过冷拔后，横向压缩（截面缩小），纵向拉伸，内部晶格产生滑移抗拉强度可提高５０~９０％，塑性降低，硬度提高，这种经过冷拔加工的钢丝称为冷拔低碳钢丝。
冷拉是纯拉伸应力，冷拉后有明显的屈服点；
冷拔拉、压兼有的三向应力，冷拔后没有明显的屈服点。
冷拔低碳钢丝按机械性能分甲（预应力筋）、乙（非预应力筋）两级。
２、钢筋冷拔工艺 工艺流程：轧头 → 剥皮 → 拔丝。
轧头：用一对轧辊将钢筋端部轧细，以通过拔丝模孔。
剥皮：使钢筋通过３~６个上下排列的辊子，剥除钢筋表面的氧化铁渣壳，以免进入拔丝模孔擦伤钢丝表面，也影响拔丝模的使用寿命。
剥皮后通过润滑剂盒润滑，进入拔丝模冷拔。
拔丝速度一般为0.4~１Ｍ每秒。
润滑剂的配置：生石灰100Ｋg、动植物油20Ｋg、肥皂４~８条、水约200Ｋg、可掺少量石蜡。先将油、肥皂加热化开，倒入水中，再将石灰投入。干燥、碾压、过筛而成。
３、影响钢筋冷拔质量的因素 原材料质量 冷拔总压缩率
总压缩率越大，塑性降低多，抗拉强度提高大，为保证强度和塑性的相对稳定，必须控制总压缩率。
φb５由φ８盘条多次冷拔而成，φb３和φb４由φ６.５盘条冷拔而成。冷拔次数过多，易变脆，生产率低；冷拔次数过少，易产生断丝和安全事故。前道钢丝和后道钢丝直径之比以１：1.15为宜。
φ８→φ７→φ6.3→φ5.7→φ５
φ6.5→φ5.5→φ4.6→φ４
冷拔过程中不得退火，否则会降低提高的强度，冷拔丝经调直后，强度约降低７％，而塑性增加。
二 钢筋的焊接
采用焊接代替绑扎，可节约钢材，改善结构受力性能，提高工效，降低成本。
方法： 对焊、电弧焊、电渣压力焊、埋弧压力焊、电阻点焊
可焊性和焊接工艺——焊接效果 金属含量——可焊性
含碳、锰量高，可焊性降低；
含适量的钛，可改善焊接性能；
Ⅳ级钢筋的碳、锰、硅含量高，可焊性较差
但硅钛系列的钢筋可焊性尚好。
钢筋焊接时，焊缝温度较高，电弧焊达1500度，闪光对焊达2000度。
热影响区：括半熔化区、过热区、正火区部分相变区、再结晶区、蓝脆区。
半熔化区和过热区金属冷却后，晶粒变大，塑性及韧性降低，容易产生裂纹，对焊接质量不利。
（一）闪光对焊
原理：利用对焊机使两段钢筋接触
通以低电压的强电流，把电能转
化为热能，钢筋加热到一定程度
后即施加轴向力挤压，即顶锻，
形成焊接接头。
１、钢筋对焊工艺
工艺过程：
将钢筋夹入对焊机两极，闭合电源，使钢筋两端面轻微接触，由于端面不平，电流密度和接触电阻很大，接触点熔化，形成“金属过梁”；过梁进一步加热，产生金属蒸气飞溅，称为烧化，形成闪光现象。
钢筋对焊工艺：连续闪光对焊 预热闪光焊
闪光－预热－闪光焊
连续闪光焊：闪光一开始即徐徐移动钢筋，形成连续闪光，烧化到规定长度，以适当压力迅速进行顶锻。小直径钢筋用。
预热闪光焊：在连续闪光焊前增加预热过程（均匀加热）。闭合电源，两钢筋交替接触、分开，两断面间断续闪光，形成预热，烧化到规定的预热留量后进行连续闪光和顶锻。
闪光－预热－闪光对焊：预热闪光焊前加一次闪光（钢筋断面烧化平整），使预热均匀。
２、闪光对焊参数 决定钢筋焊接质量。
调伸长度：焊接前钢筋从焊接钳口伸出的长度。应使接头能
均匀加热，顶锻时不傍弯。
烧化留量（闪光留量）和预热留量：烧化和预热烧化的长度
顶锻留量：将钢筋顶锻压紧时缩短的长度。
烧化速度（闪光速度）：指闪光过程的快慢。
先慢后快，闪光比较强烈，以免焊缝金属氧化。
顶锻速度：挤压钢筋接头的速度，越快越好，不致焊口氧化。
变压器级次：调节焊接电流的大小。
（二）电弧焊
熔化的金属会吸收空气中的氧、氮，降低其塑性和冲击韧性，为改善这一状况，焊条表面有一层药皮，在高温作用下，一部分被氧化，形成保护气体；另一部分则起脱氧作用，氧化物形成熔渣浮于焊缝金属表面，起保护作用。
钢筋电弧焊接：搭接焊、帮条焊、坡口焊、熔槽焊
１、搭接焊： 适用于直径为１０~４０mm的Ⅰ、Ⅱ级钢筋，宜采用双面焊，焊接前预弯，以保证钢筋的轴线在一条线上；
２、帮条焊： 适用于直径为１０~４０mm的Ⅰ~Ⅲ级钢筋，宜采用双面焊，帮条宜采用于主筋一致的钢筋，或者低一个级别或规格；
※ 搭接焊和帮条焊的焊缝
厚度应大于0.3Ｄ和４mm，
焊缝宽度不小于0.7Ｄ和
１０mm。
３、坡口焊 节约钢材，适
用于现场装配结构中的１８
~４０mm的Ⅰ~Ⅲ级钢筋。
４、熔槽帮条焊 适用于２５及以上的钢筋现场安装焊接，４０~６０的角钢既是帮条，也起垫模作用。埋弧压力焊、电阻点焊、电渣压力焊（竖焊）、双钢筋拼焊
（三）钢筋焊接要求
１、焊接方式
对接焊接：宜用对焊、电弧焊、电渣压力焊、气压焊；
钢筋骨架与网片的交叉焊接：宜采用电阻点焊；
钢筋与钢板的Ｔ型接头：埋弧压力焊、电弧焊。
２、焊接进行试焊，焊工有考试和合格证，规定范围内操作。
３、轴心和小偏心受拉构件：均应焊接；
普通混凝土中大于22的钢筋
轻骨料混凝土中大于20的Ⅰ级钢筋
直径大于25的Ⅱ、Ⅲ级钢筋：均宜用焊接
受压钢筋：大于32时应用焊接。
４、对有抗震要求的受力钢筋，宜优先采用焊接或机械连接。
纵向钢筋：一级抗震，应用焊接；
二级抗震，宜用焊接。
框架底层柱、剪力墙加强部位纵向钢筋：
一、二级抗震，应用焊接；
三级抗震，宜用焊接。
钢筋接头不宜设在梁柱加密区内。
５、钢筋接头应相互错开，距焊接中心35Ｄ且不小于500mm的区段Ｌ范围内，每根钢筋不得有两个接头，
且有接头的钢筋面积应符合以下要求：
非预应力筋受拉区不宜超过50％，其它不限；
预应力筋受拉区不宜超过25％，其它不限。
６、焊接接头距钢筋弯折处大于10Ｄ，且不在最大弯矩处。
三 钢筋机械连接
（一）钢筋螺纹套管连接
锥螺纹 直螺纹
检查螺纹无油污和损伤后，用手旋入钢筋，然后用扭矩扳手紧固至规定的扭矩即完成连接。
施工速度快，不受气候影响，质量稳定，易对中。
加工螺纹，截面有新削弱：
一是钢筋端头先镦粗再套丝，使连接接头处截面不削弱；
另一种采用冷轧的方法轧制螺纹，冷轧后强度有所提高。
（二）钢筋冷挤压连接
亦称钢筋套筒冷压连接。
适用：竖向、横向及其他方向的较大直径变形钢筋的连接。
优点：具有节省电能、不受钢筋可焊性好坏影响、不受气候影响、无明火、施工简便和接头可靠度高等特点。
将变形钢筋插入特制钢套筒内，利用液压驱动的挤压机进行径向挤压，使钢套筒产生塑性变形，咬住钢筋实现连接。
钢筋挤压连接的工艺参数，主要是压接顺序、压接力和压接道数。压接顺序应从中间逐道向两端压接。
四 钢筋的配料和代换
（一）钢筋的配料
钢筋加工前应根据图纸按不同构件先编制配料单，然后备料加工，配料应有顺序的进行。
配料单应包括：简图、直径、钢号、下料长度、总重量。
１、下料长度的计算
钢筋弯曲或弯钩后，中心线长度并没有改变，但简图和设计图中的尺寸是根据外包尺寸（大于中心线长度）计算。
如果按外包尺寸下料，弯钩太长造成浪费，或钢筋尺寸大于要求造成保护层不够甚至钢筋尺寸大于模板尺寸，影响施工。
外包尺寸和中心线长度之间的差值，称为“量度差值”，其大小与钢筋和弯心直径以及弯曲角度等因素有关。
１、180°弯曲 Ｄ＝2.5ｄ
起弯点Ａ到平直段末端：8.5ｄ
起弯点到弯曲弧顶：2.25ｄ
量度差值：6.25ｄ
同样，其它弯曲角度：
30°——0.3ｄ；
45°——0.5d
60°——0.9ｄ；
90°——2.0ｄ；
135°——2.5ｄ；
２、对于箍筋，工地有两种考虑：
内包尺寸：下料长度＝图示尺寸＋量度差值
能保证混凝土保护层厚度
外包尺寸：下料长度＝图示尺寸－量度差值
（二）钢筋的代换
缺乏设计要求的钢筋品种和规格，经设计单位同意，可代换：
方式：１、当构件按强度控制时，等强代换；
２、按最小配筋率配筋时，等面积代换；
构件受抗裂、裂缝宽度、挠度控制时，代换后应验算
钢筋代换时，应办理设计变更文件，并应符合下列规定：
(1) 重要受力构件(如吊车梁、薄腹梁、桁架下弦等)不宜用HPB235钢筋代换变形钢筋，以免裂缝开展过大。?
(2) 钢筋代换后，应满足混凝土结构设计规范中所规定的钢筋间距、锚固长度、最小钢筋直径、根数等配筋构造要求。?
(3) 梁的纵向受力钢筋与弯起钢筋应分别代换，以保证正截面与斜截面强度。
(4) 有抗震要求的梁、柱和框架，不宜以强度等级较高的钢筋代换原设计中的钢筋；如必须代换时，其代换的钢筋检验所得的实际强度，尚应符合抗震钢筋的要求。?
(5) 预制构件的吊环，必须采用未经冷拉的HPB235钢筋制作，严禁以其他钢筋代换。?
(6) 　当构件受裂缝宽度或挠度控制时，钢筋代换后应进行刚度、裂缝验算
五 钢筋的加工、绑扎、安装
（一）钢筋加工
钢筋加工除冷拉、冷拔和焊接外，还有调直、除锈、下料剪切、接长、弯曲等工序。
钢筋调直：冷拉调直、调直机调直（４~１４）、锤直和扳直（粗钢筋）。冷拉调直时，Ⅰ级钢筋冷拉率小于４％，Ⅱ级和Ⅲ级钢筋冷拉率小于１％。
钢筋除锈：钢丝刷、机动钢丝刷、喷砂、砂堆中往复拉。
冷拉钢筋不需再除锈。对有颗粒和片状老锈的钢筋，除锈后有严重麻坑、蚀孔的钢筋，均不得使用。
钢筋剪切：剪切机（４０mm以内）、手动剪切器
（１２mm以内）、氧焊或电弧割切（４０mm以上）。
钢筋弯曲：弯曲机（６~４０）、扳钩（２５以内）。
（二）钢筋的绑扎和安装
钢筋绑扎用20~22＃铁丝或镀锌铁丝，过硬时可退火。
搭接长度应符合要求，受压钢筋搭接长度为0.85倍锚固长度；搭接钢筋面积：搭接区段（1.3Ld）内，受拉区不超过25％，受压区不超过50％。
绑扎搭接应在首、中、尾各绑扎一道。
双向受力的墙、板外围钢筋交点每点绑扎，其余梅花形绑扎；
梁、柱内箍筋与主筋相交处应每点绑扎，箍筋弯钩应错开；相临绑扎点的扎丝应相互垂直，避免顺风。
柱四角的主筋弯钩应在柱
模内角的等分线上，其它的弯
钩与柱模垂直。
钢筋保护层和上下双层钢
筋可垫混凝土块、短钢筋，应
布置成梅花形，间距不大于1M
现浇板负弯距筋设置铁码。
项 目 允许偏差(mm) 检验方法
绑扎钢筋网 长、宽 ±10 钢尺检查
网眼尺寸 ±20 钢尺量连续三挡，取最大值
绑扎钢筋
骨 架 长 ±10 钢尺检查
宽、高 ±5 钢尺检查
受 力 钢 筋 间距 ±10 钢尺量两端、中间各一点，取最大值
排距 ±5
保护层厚度 基础 ±10 钢尺检查
柱、梁 ±5 钢尺检查
板、墙、壳 ±3 钢尺检查
绑扎箍筋、横向钢筋间距 ±20 钢尺量连续三挡，取最大值
钢筋弯起点位置 20 钢尺检查
预埋件 中心线位置 5 钢尺检查
水平高差 +3.0 钢尺和塞尺检查
课后作业题 （网络学堂下载、上传）
某建筑物简支梁配筋如图所示，试计算钢筋下料长度。钢筋保护层取25mm。(梁编号为L1共10根)

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