钢筋弯曲（共3篇）
钢筋弯曲 篇1
0 引言
钢筋加工主要包括调直、切断和弯曲。目前使用钢筋弯曲机来弯曲钢筋, 然而这些钢筋弯曲机大多采用继电器-接触器来控制, 弯曲角度依靠人工凭经验估算, 误差很大, 降低了钢筋加工的质量。利用PLC控制钢筋弯曲机的运行和参数设定, 实现钢筋弯曲机的智能控制, 可提高钢筋弯曲机的生产效率, 减小弯曲参数误差, 提高加工精度和产品质量。
1 弯曲参数控制系统
钢筋弯曲参数控制系统采用西门子S7-200PLC、旋转编码器及HLP2型PLC专用数显表实现钢筋弯曲机弯曲参数的设定及显示。由于钢筋弯曲机驱动电机的PLC控制简单, 因此本文不对驱动电机PLC控制的硬软件部分进行介绍。
1.1 参数控制系统组成
钢筋弯曲参数控制方案如图1所示。弯曲角度由旋转编码器检测, 控制逻辑由PLC完成, 弯曲参数显示由数显表实现。本控制系统具有如下功能:弯曲角度任意设定 (最小分辨率为±1°) 及显示;当前 (实际) 弯曲角度显示;弯曲根数显示;多根弯曲间隔时间设定及显示。
弯曲参数显示由HLP2数显表实现 (如图2所示) , 用PLC的输入端 (I0.2) 选择显示内容, 手动输入由PLC的两个输入端 (I0.3、I0.4) 分别做加减法实现。手动调整弯曲角度时数显表最左端小横线闪动, 显示实际弯曲角度时则无小横线;调整时间时数显表最左端的“S”闪动。弯曲角度显示范围为0~180°, 弯曲根数显示范围为0~9 999, 时间显示范围为0~120s。
1.2 参数控制系统程序
根据钢筋弯曲参数设定及显示要求分配PLC资源, 见表1。4个与弯曲相关的参数存放在S7-200PLC的4个变量存储器中。
在西门子S7-200PLC的Step 7MicroWIN软件中, 用语句表指令进行程序设计。钢筋弯曲参数控制程序包括设定弯曲参数的主程序、数据入口初始化及显示定时中断连接的子程序、显示定时的中断程序。
(1) 设定弯曲参数的主程序OB1。
2 结束语
用PLC对继电器-接触器控制的传统钢筋弯曲机进行改造后, 虽然设备成本增加, 但是钢筋弯曲机的自动化程度、生产效率得到大幅提高, 加工形状标准, 加工质量好, 操作简单。钢筋弯曲参数控制系统中的数显表相当于一台“准”人机界面, 如果要实现真正的人机对话, 可将数显表更换成触摸屏, 进一步提高钢筋弯曲机的自动化、智能化程度。
摘要：由于钢筋弯曲机弯曲角度由人工估算误差很大, 影响钢筋弯曲加工质量, 因此利用PLC设定钢筋弯曲机的弯曲角度、弯曲根数等参数, 并采用数显表显示, 实现参数的精确控制、直观显示。
关键词：钢筋弯曲机,弯曲角度,PLC
参考文献
[1]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社, 2013
钢筋弯曲回弹角度影响因素及修正 篇2
关键词：钢筋弯曲,回弹角度,影响因素,正交试验
钢筋弯曲成型过程是一个同时包括几何、材料和边界条件等问题的复杂非线性的弹塑性变形过程。钢筋弯曲成形件质量的高低不仅影响钢筋成形后能否符合设计尺寸, 而且还直接影响到钢筋的绑扎、构件的定位尺寸、甚至构件的受力性能。目前各厂家设计的立式钢筋弯曲机的弯曲加工速度范围、弯曲模具的形状和尺寸存在差别, 导致了钢筋弯曲成形产品质量存在差异, 因此深入研究钢筋弯曲的回弹问题, 有很大的理论与工程意义。
1 立式钢筋弯曲系统有限元分析
如图1所示, 钢筋弯曲的实现过程为:靠模固定不动, 钢筋左端足够远处为固定端, 弯曲轴绕着O点做逆时针运动, 推动钢筋实现绕靠模弯曲;弯曲成型后, 撤去弯曲轴, 钢筋在残余应力的作用下发生一定的回弹。根据上述钢筋弯曲原理, 运用ANSYS/LS-DYNA软件通过APDL参数化设计语言建立的立式钢筋弯曲系统有限元模型如图2所示。本文将钢筋视为弹性体, 弯曲轴和弯曲模具视为刚性体。在模型中, 显式计算采用SOLID 164单元定义钢筋、弯曲轴和弯曲模具的材料属性, 在隐式中SOLID 164单元的变形状态、应力等参数传递给相应的隐式SOLID185单元, 只要给钢筋给定边界条件, 便能够执行钢筋的回弹隐式模拟, 得到钢筋弯曲的回弹角度, 回弹效果图如图3所示。
2 正交试验分析
2.1 试验方案
在立式钢筋弯曲成型中钢筋弯曲回弹角度主要与弯曲模具尺寸、弯曲速度和卡紧长度有关。本文主要研究弯曲模具尺寸和弯曲速度与立式钢筋弯曲回弹角度的关系, 其中模具尺寸包括靠模长度和靠模间距。在对钢筋弯曲回弹角度的推导过程中假设钢筋弯曲过程中性层不改变, 而弯芯直径的改变会使钢筋在弯曲成型过程中性层产生滑移, 所以将弯芯直径作为备选研究因素。
通过以上分析正交试验的因素确定为:A靠模间隙, B靠模长度, C弯曲速度, D弯芯直径。仿真正交试验条件为:选用直径为10mm的HPB235钢筋;弯曲角度为90°;弯曲半径为110mm;钢筋弯曲件形状如图4所示, L1为1 000mm, L2为250mm;正交试验因素水平表如表1所示。
2.2 试验结果
根据表1选择四因素三水平L9 (34) 正交试验表进行9组正交试验, 试验组合及回弹角度结果见表2。根据回弹角度结果得出因素A、B、C、D对回弹角度的均值与极差见表3。
2.3 试验结果分析
在正交试验变化的水平范围内, 极差T越大, 与之对应的那一列因素对试验的结果影响越大。由表3回弹角度的均值与极差结果可以得到T3>T1>T2>T4, 说明弯曲速度对结果造成的影响最大, 其次依次为靠模间隙、靠模长度, 弯芯直径对结果造成的影响最小, 所以在一定的弯曲加工条件下, 影响回弹角度因素显著性由强到弱依次为:弯曲速度、靠模间隙、靠模长度、弯芯直径。
3 回弹角度的修正
钢筋弯曲90°且处于卸载前时, 最大应力发生在弯曲钢筋紧贴上模处。在弯曲卸载时, 弯曲段钢筋弯曲力臂和靠模上下模间直段钢筋产生的弹性回复会影响回弹角度。在弯曲模具参数一定的条件下, 需根据弯曲速度大小对回弹角度进行补偿。根据正交试验分析结果, 建立仿真试验:靠模间距2mm;靠模长度50mm;弯芯直径50mm;弯曲半径110mm;弯曲角度分别为60°、90°、120°;弯曲速度分别为0.5rad/s、0.7rad/s、0.9rad/s、1.1rad/s、1.3rad/s、1.5rad/s, 其它条件与2.1中相同。参考文献[1], 把文献中用回弹公式计算的回弹角度作为理论值, 把文献中试验测量得到回弹角度作为试验值。在弯曲角为60°、90°、120°时, 理论回弹角度值分别为2.721°、2.014°、1.321°;试验值分别为6.12°、5.75°、4.10°;参考文献[2]允许偏差分别为+8°、+6°、+8°;不同弯曲速度下的仿真回弹角度值如表4所示。
可以看出, 本模型的回弹角度符合行业标准YB/T 4162-2007的规定, 与实际试验情况基本吻合。在弯曲角为60°、90°、120°时, 本模型的数据取平均值, 对比试验值的误差为15.8%、17.8%、2.0%, 分别小于理论值对比试验值的误差55.5%、65.0%、67.8%。证明本模型的回弹角度比理论弯曲回弹角度更接近实际。为了进一步研究弯曲速度与回弹角度的关系, 根据仿真值与理论值计算出回弹角度差值, 即回弹角度修正值, 计算结果见表5。
根据表5中数据在Matlab可拟合出不同的弯曲速度、不同的弯曲角度的回弹修正值的拟合曲面函数, 如图5所示。
图5中x为弯曲速度, y为弯曲角度, p为回弹角度修正值。将x、y、p分别替换为, 可以得到回弹角度修正值的方程式为
其中, 为回弹角度修正值;为弯曲速度;为弯曲角度。可根据上式对弯曲速度所产生的回弹角度偏差进行修正。
4 结论
1) 通过对立式钢筋弯曲系统建立有限元模型, 对钢筋弯曲回弹进行了仿真分析, 得到了钢筋弯曲回弹角度。经过验证, 与实际试验情况基本吻合。
2) 分析证明在弯曲速度为0.5~1.5rad/s, 靠模间隙为2~4mm时, 靠模长度为30~50mm, 弯芯直径为50~70mm时, 影响钢筋弯曲回弹因素显著性由强到弱依次为:弯曲速度、靠模间隙、靠模长度、弯芯直径。弯曲速度对回弹角度的影响最大, 弯曲条件相同时, 减小弯曲速度, 可以减小回弹角, 提高弯曲质量。
3) 为了进一步研究弯曲速度与回弹角度的关系, 本文选择0.5~1.5rad/s不同的弯曲速度, 对回弹角度进行了修正, 得到了修正公式, 该回弹角度修正计算公式比理论回弹角度公式更为准确, 更接近实际, 为同类型立式钢筋弯曲机的研究提供了参考。
参考文献
[1]阎淑丽, 杜世渊.钢筋弯曲回弹试验及其数学模型校正[J].机械管理开发, 2010, 25 (6) :68-69.
钢筋弯曲 篇3
现在结构设计工作越来越多地依靠甚至是依赖软件进行计算分析。很多设计人员对于模型建立、荷载清理和输入都很认真, 但是在一些重要的参数输入和计算结果的后处理方面就欠缺火候。造成这个问题的原因就是对结构设计的一些基本原理没有掌握牢靠。
对于梁弯曲裂缝控制, 表面看起来应该不是什么问题, 只要依据建立模型→输入荷载→设置参数→计算的程序做下来, 然后用计算结果和生成的图形就可以绘制施工图。很多设计者在用软件生成梁配筋图时, 勾上“根据裂缝宽度选筋”的选项, 有些设计者又不勾选, 只是检查一下梁裂缝宽度是否超过0.3 mm, 甚至不超过0.4 mm的都不再进行处理。花样百出, 人云亦云。
设计人员应该从原理上进行把控, 做到心里有底, 真正使得设计成果安全适用、经济合理。
1 计算模型及简图
本文所讲的梁端指的是有裂缝控制需求的某一跨梁端部, 包括梁的固定端支座和中间支座, 如图1a) , 图1b) 所示, 不包括梁的自由端、简支端和铰接端, 如图1c) ~图1e) 所示。
为了阐述的方便, 本文选取两端为固定端的单跨梁为分析研究对象, 并提取出简图, 见图2。连续梁中间支座的受力可以参照本图的基本原理。
2 实际研究对象与计算简图的差异
常用的结构分析软件如SATWE等在做常规分析时 (空间有限元) 都无一例外地将梁、柱作为杆件单元, 墙、板作为面单元进行分析。这和我们结构力学与材料力学的分析方法是一致的。梁、柱简化为一个只有长度而没有围度的线单元, 其他相关性质只是作为构件属性被赋予在这个单元上, 比如:质量、截面惯性矩、抗弯截面模量等。实体构件就被转化为了带有独特属性的线和面, 从而构成了我们的计算模型。构件的实体部位, 也被简化为一个个交点或交线。这样的简化和现实的状态还是有一些差异的。
2.1 荷载布置差异
在对结构进行弹性阶段分析时, 梁的计算长度通常取为两端支座中心间的距离L[1], 所以在满布荷载时, 就会把支座中心到墙柱边这一段也布置上了荷载。但实际上这一段是在墙柱范围内, 对梁的受力几乎不起作用, 见图2。这段梁上荷载的差异就会造成梁端的计算弯矩和剪力比实际稍大。由楼板传来的三角形或梯形荷载在梁柱节点处都是趋近于零, 所以在这个方面的差异可以忽略不计;梁上均布荷载的差异值对计算结果的影响要相对稍大一些。
2.2 裂缝计算位置差异
梁端弯矩通常是负弯矩, 产生位置是在贴近柱子外侧的梁上, 而我们取用的计算简图中的梁端弯矩为支座中心处的弯矩。对于分布荷载 (均布、梯形、三角形) 来说, 弯矩与计算跨度l的平方成正比, 所以梁弯矩函数的导数与梁计算长度成正比。梁弯矩在跨中位置, 梁的正弯矩最大, 在中点位置的这个微小段, 弯矩图为水平, 越往梁两端, 梁的弯矩曲线越陡, 单位梁长内的弯矩增加值就越大。虽然柱中心到柱边, 这个距离对于整个梁长度方向的相对值并不是很大, 但是对于中间支座和固定支座来说, 恰好在弯矩变化率最大的位置, 计算弯矩位置稍微移动会带来弯矩值的明显变化。比如按照8 m的跨度, 柱子截面为600 mm×600 mm, 按照单跨计算的话, 若把裂缝计算处从计算简图中的支座中心位置移动到梁端与柱子交接处, 就这短短的300 mm, 在三角形荷载作用下, 就使得最大弯矩下降15%左右, 当然裂缝计算宽度也会减小, 如图2所示。
3 楼板对梁裂缝控制的影响
当把结构作为杆、面单元来分析时, 楼板对梁、柱、墙来说就几乎只是扮演着荷载和传递荷载的角色。它把所受的荷载、作用和自身产生的荷载分配传递到梁上后, 就对计算并不再起多大的作用, 除非是人工对所设置的参数进行干预, 比如说:楼层板在水平方向上刚度无限大的假定和框架刚度增大系数设置等。但那也只是一个人为的假定, 并不是梁板柱协同计算。
计算时把楼板对整个结构的影响做了简化处理, 只是把梁孤立地作为一根有矩形截面属性的杆件进行计算, 楼板也单独进行计算, 楼板与梁共同受力的影响几乎就没有考虑。但是在实际受力中, 梁是与其附近的楼板一起组成了T形截面梁参与工作的。在GB 50010—2010混凝土结构设计规范[2]第5.2.4条明确规定:对于现浇楼盖和装配整体式楼盖, 宜考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的影响。梁、板分开各自单独计算的做法, 并未充分利用楼板承载力余量对梁端受弯承载力的贡献。下面就用板有限元来分析一下。
现建立一个3×3跨计算模型, 每跨跨度为7 m, 每个区格中设置十字次梁。在这个结构上输入适当的荷载并计算出结果后, 并在保证梁板截面及配筋适当的情况下得到弯矩图等值线图形, 计算软件为SLABCAD, 见图3。
为了便于观察, 图3中板弯矩等值图只是保留了Y向的部分, 也只是按照GB 50010—2010混凝土结构设计规范[2]第5.2.4条要求, 用虚线示意了Y向梁翼缘宽度部分。
图3a) 为板底弯矩等值线, 可以看到, 在梁的两侧的现浇板底正弯矩很小甚至是没有。楼板钢筋都是按照弯矩最大值进行通配, 也就是说梁端位置的板底筋有承载力余量来帮助梁的受弯。虽然相对于板顶钢筋来说, 板底筋距离梁底部受压区比较近, 受弯力臂会小一些, 但仍可以帮助梁端截面抵抗一定的负弯矩。
图3b) 为板顶弯矩等值线, 可以看出在每个区格板端部中间位置才是板上部弯矩最大值的区域, 在梁端附近是有所减小的。也就是说板的上部钢筋也有承载力的余量可以参与T形梁的上部梁上部受拉, 有助于减小梁端弯曲裂缝的开展。在本算例中T形截面梁的翼缘板面最大拉应力仅仅为板最大上部弯矩的78%。
需要特别说明的是:
1) 楼板对梁裂缝控制的参与程度与梁、板抗弯刚度的比值有很大关系。比值越大, 楼板参与抵抗梁裂缝开展的能力也越强。
2) 柱网之间的板块区格被划分得越大, 区格角部板筋受弯时承载力的富余量就越大, 反之越小。图4中的次梁为三等分布置, 可以从图4a) 中看出板Y向上部弯矩应力峰谷差值更加接近, 而且最大值和最小值所在的位置也很接近。这就意味着板上配筋的承载力富余不会太大, 而从图4b) 中看到X向弯矩的情况, 富余量就很大了。
3) 现浇混凝土板参与梁端受弯协同工作的情形只是限于梁顶与板顶标高平齐的状态。如果是采用上翻梁的布置方式, 随着楼板位置越靠梁下部, 参与作用越弱, 甚至是完全退出梁端协同受力。
4 结语
本文从受力的基本原理上阐述电算时梁端弯曲裂缝的控制因素。可以看到, 由于简化的计算模型与实际结构的差异, 以及考虑梁板在受弯时整体工作的状态, 如果在电算时结构布置适当, 一部分梁端裂缝控制按照规范限值增加15%~20%是能保证实际使用过程中的安全与耐久性的。在有安全保证的情况下, 适当加大裂缝控制限值, 可以降低一些造价。
摘要：选取两端为固定端的单跨梁为研究对象, 从荷载布置与裂缝计算位置两方面, 分析了实际研究对象与结构计算简图的差异性, 探讨了电算时梁端弯曲裂缝的控制原理, 从而使结构设计达到安全适用、经济合理的目标。
关键词：结构设计,固定支座,梁端弯矩,楼板
参考文献
[1]吴德安.混凝土结构计算手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社, 2002.