钢与混凝土（共4篇）
钢与混凝土 篇1
0前言
组合结构是指由两种以上性质不同的材料组合成整体, 并能共同工作的构件。组合结构体系也将成为继传统的四大结构体系 (钢结构、钢筋混凝土结构、木结构和砌体结构) 以后的第五大结构体系。因此, 对组合结构有一个基本的了解是必不可少的。而钢与混凝土组合结构是目前建筑业应用最为广泛的组合结构, 在此, 笔者对钢与混凝土组合结构做一个简单的介绍, 了解其不同的结构形式以及特点。
钢与混凝土组合结构的主要类型包括压型钢板与混凝土组合板、组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构、方钢管混凝土结构以及钢与混凝土组合剪力墙结构等等。
1 压型钢板与混凝土组合板
1.1 组合板的概念
压型钢板是将厚度为0.7~2 mm的薄钢板压制成带凹凸肋及各种槽纹的波形板, 在压型钢板上浇筑混凝土, 使其与压型钢板组合在一起, 整体共同工作, 形成组合板, 见图1。
1.2 组合板的特点及应用范围
组合板的特点是受压性能好, 刚度大的混凝土主要分布在受压区, 受拉区由压型钢板承受, 使不同性质的材料发挥出其各自的性能, 受力合理。同时, 由于压型钢板的工厂化, 减少了模板钢筋的制作、安装工作, 使得组合板的施工速度快, 加快了施工进度, 从而得到建设者的特别青睐。组合板可以用作楼面板、屋面板与工业厂房中的操作平台板等, 目前已广泛应用于高层、超高层建筑当中。
1.3 组合板的计算理论简介
组合板的计算是按照施工和使用两个阶段来设计计算的。在施工阶段, 压型钢板作为浇筑混凝土的底模, 进行承载力计算和挠度计算, 采用的是弹性设计方法, 不考虑混凝土的抗弯刚度, 荷载的取值采用标准值;其中, 承载力能力计算只需正截面满足要求, 在变形计算中, 对于不满足变形要求的组合板, 应采取加临时支撑等措施来减小该阶段压型钢板的变形。
在使用阶段, 混凝土达到设计强度, 应按照组合结构来计算, 采用的是塑性设计方法, 截面刚度采用换算截面法, 荷载取值应改为采用设计值;组合板的承载力计算包括正截面受弯计算、斜截面受剪计算及交界面的纵向水平剪切粘结计算, 另外需要注意的是, 使用阶段的变形计算应考虑两阶段的变形效应之和。
2 组合梁
2.1 组合梁的概念及组成
型钢作为梁的腹板、混凝土作为梁的翼缘组合在一起, 共同工作构成T型或倒L型组合梁。混凝土与型钢之间用剪切连接件可靠连接。组合梁主要由钢梁、混凝土翼缘板和剪切连接件, 一般还会设置板托, 可以增大截面。钢材会采用槽钢型 (见图2) 、工字钢和蜂窝型 (见图3) 。
2.2 组合梁的特点及应用范围
同组合板, 组合梁的受力合理, 能充分发挥其受压性能的特点, 而且下面的钢梁在混凝土的约束下, 避免了钢梁受压时发生整体和局部屈曲的特点;另外, 施工时可省去模板, 提高了施工速度;由于组合梁相对于钢筋混凝土重量轻, 这对地震区建筑具有重要意义, 也是其突出特点。综合上述几点优点, 组合梁被广泛应用于桥梁、工业房屋与高层、超高层民用建筑中。
2.3 组合梁的计算理论简介
组合梁截面的承载力计算理论有两种, 一种是弹性理论法, 一种是考虑截面塑性发展的塑性计算理论。这两种理论的应用范围也略有差别, 且在挠度计算时均应采用弹性理论方法。另外, 组合梁的计算也应按二阶段受力进行计算。按弹性理论计算时, 首先应确定组合梁截面特征, 计算有效宽度、惯性矩和弹性抵抗矩;这部分计算比较复杂, 在整个计算过程中具有很重要的作用。接下来的计算就相对简单, 施工阶段按照钢结构理论进行, 包括受弯、受剪承载力计算, 在使用阶段, 则按照组合结构计算, 也包括受弯、受剪承载力计算, 但是要注意有时需要考虑长期荷载作用, 故要考虑混凝土徐变的影响。
一般情况下, 当钢梁截面属于纤细截面, 是按弹性理论计算, 而当其属于密实截面时, 由于不至于板件局部屈曲而影响承载力, 可以按照塑性理论设计。其中组合梁截面特征计算和施工阶段计算都同弹性理论设计, 在使用阶段, 进行正截面受弯、斜截面受剪承载力计算时, 则不同于弹性理论, 相比较而言应该简单点。
组合梁还包括剪切件、托板等部分, 这些计算也有多种设计法。另外, 对部分组合梁还需进行稳定性计算和变形计算, 这些都需要满足要求, 所以对于组合梁的计算内容很多, 需要考虑完整。
3 型钢混凝土结构
3.1 概念
在混凝土中配置型钢或以配型钢为主的结构称为型钢混凝土结构。这种结构同钢筋混凝土结构相比, 不在配置钢筋及箍筋, 同组合板、组合梁相比, 它可以作柱, 又可以作梁, 也可以作墙与筒体, 应用范围更为广泛。不同形式配钢的混凝土柱见图4。
3.2 结构特点及应用范围
由于在混凝土中配置了整体的型钢骨架, 因此其强度、刚度、延性大大提高, 显著改善了结构的抗震性能, 也减小了构件的截面面积, 增大了建筑层高和建筑使用面积。还有, 由于型钢被混凝土包裹, 避免了钢结构的防火、防腐蚀性能差的缺点, 同时克服了钢结构容易失稳的弱点。另外, 型钢混凝土结构的工厂化程度高, 钢结构可以当做模板使用, 因此大大方便了施工, 加快了施工进度。
型钢混凝土结构根据其配置的型钢不同分为两大类, 配角钢骨架的空腹型钢混凝土结构, 由于强度、刚度、延性均较差, 一般用于中小型建筑, 对于配置实腹钢的型钢混凝土结构, 则适用于大型、高层、超高层、大跨、重载的建筑, 尤其是地震区的建筑物。
3.3 型钢混凝土结构的计算理论简介
型钢混凝土构件中, 型钢与混凝土的粘结力较小, 滑移较大, 对强度、变形及裂缝均有影响, 不可忽略, 尤其是在配置实腹钢的型钢混凝土结构计算时, 应当考虑粘结滑移的影响。由于粘结滑移的影响, 对配置实腹钢的型钢混凝土构件而言, 平截面假定已经不再成立, 但是进行梁柱正截面承载力能力计算时, 可以采用修正的平截面假定与减小了的混凝土极限压应变来考虑粘结滑移的影响, 这样使计算大为简化。首先来说明梁的两种类型的计算理论。配置实腹钢的型钢混凝土梁正截面受弯计算时根据中和轴位置不同, 分为三种情况, 因此计算时应先由x值判断属于何种情况, 然后按照相应的应力图形进行计算。配置角钢骨架的空腹式型钢混凝土梁, 本身具有较大的强度与刚度, 并对核心混凝土约束较好, 相比于钢筋混凝土结构, 强度、刚度及延性有显著的改善;在强度计算时, 可以通过试验用一强度提高系数来考虑正截面承载能力的提高, 这样计算比较简单实用;其次, 型钢混凝土梁柱剪切性能受诸多因素影响, 其中剪跨比与轴压比的影响明显。剪切破坏主要有三种破坏形态, 由于粘结滑移的影响, 容易发生剪切粘结破坏。通过试验, 在三种破坏形态中剪切强度较低的破坏形态作为梁柱剪切强度的计算依据而得出型钢混凝土梁柱斜截面剪切承载能力计算公式;再者, 由于偏心距是影响型钢混凝土柱的强度的主要因素, 有大偏心和小偏心受压, 按照这两种破坏形态各自的应力图得出型钢混凝土柱正截面承载能力的计算公式。节点时连接框架梁柱的关键部位, 受力复杂, 应当十分重视节点的计算和构造, 尤其是地震区的建筑物。
4 钢管混凝土结构
4.1 概念
在型钢混凝土结构、配螺旋箍筋的混凝土结构及钢管结构的基础上出现与发展了钢管混凝土结构, 在钢管中浇灌混凝土形成的一种结构。根据形状可以分为圆形、方形、矩形和多边形。
4.2 特点及应用范围
相对于钢筋混凝土柱柱子截面较小, 扩大了使用空间, 减轻了自重, 降低了地基基础的造价, 经济效果显著, 作为受压构件, 其承载力可以达到钢管和混凝土单独承载之和的1.7~2.0倍;其次, 钢管混凝土柱具有良好的塑性和抗震性能, 因为该柱在循环荷载作用下的滞回曲线饱满, 具有良好的吸能能力;再者, 钢管混凝土柱制作简单, 施工便捷, 可大大缩短工期;还有耐火性能的优越性也是其重要的特点。
钢管混凝土结构除用于多高层民用建筑、公共建筑和工业厂房以及桥梁中外, 也经常用于各种设备支架、塔架、通廊与贮仓支柱等各种构筑物中。
4.3 设计理论和分析方法
钢管混凝土柱主要用作受压构件, 我们需要了解下圆形和矩形钢管混凝土柱的轴心受力性能、纯弯性能、压弯性能的设计方法。目前, 关于钢管混凝土柱的行业规程有三部:《钢管混凝土结构设计与施工规程》《钢-混凝土组合结构设计规程》和《矩形混凝土柱结构技术规程》, 每个规程都详细介绍了计算方法。
圆形钢管混凝土柱的受压性能优于矩形钢管混凝土柱, 承载力提高更多, 经济性更好, 故建筑师更愿意采用矩形钢管混凝土柱。
至于节点的设计, 分为工业厂房中格构式钢管混凝土柱柱端节点、上下柱段变截面节点、柱脚节点的设计和构造要求, 高层建筑中园钢管混凝土梁柱刚接节点、铰接节点和柱子对接接头的设计和构造要求, 以及矩形钢管柱与钢梁和现浇钢筋混凝土梁连接的形式、构造要求等。
参考文献
[1]赵鸿铁.组合结构设计原理[M].北京:高等教育出版社, 2005.
[2]聂建国, 樊健生.广义组合结构及其发展展望[J].建筑结构学报, 2006, 27 (6) .
[3]马欣伯.两边连接钢板剪力墙及组合剪力墙抗震性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2009.
[4]卢孝哲.薄壁钢与混凝土组合结构研究现状[J].工程建设与设计, 2008, 56 (3) .
[5]赵鸿铁.钢与混凝土组合结构[M].北京:科学出版社, 2001.
钢与混凝土 篇2
火车站雨棚的设计关系重大, 它不仅影响铁路正常行车和安全, 甚至会带来人员生命财产的损失, 尤其是当前极端天气增多的背景下, 因此, 对火车站雨棚设计进行深入探讨具有重要的现实意义。本文首先对当前火车站雨棚多采用的单层彩钢板屋面的破坏因素进行了分析, 在此基础上探讨了钢与混凝土组合楼板 (以下简称组合楼板) 在某火车站雨棚的应用, 相信可以为相关研究提供一定的借鉴意义。
2 火车站雨棚单层彩钢板屋面的破坏分析
当前火车站雨棚屋面较多采用单层彩钢板屋面, 由于近年极端天气较多, 加上屋面连接节点施工不到位情况较多, 刮大风时对雨棚彩钢板屋面影响较大。近年京沪、沪宁等高速铁路出现多次钢结构雨棚屋面被风吹落, 落在铁路接触网、线路上, 对铁路行车造成重大影响 (直接造成运行中断) 。因此, 下文将结合笔者实践工作经验, 对原有火车站雨棚单层彩钢板屋面的破坏进行详细分析。
2.1 搭接问题带来的破坏
出现火车站彩钢板雨棚屋面被风吹落的其中一个主要原因便是彩钢板的搭接问题。板的横向搭接形式主要有穿透式、暗扣式和咬边式。穿透式板型的缺点主要是螺栓穿透处易渗漏;会逐渐使自攻螺丝强度减弱, 抗拔力不足, 从而在屋面板受到风吸时破坏。暗扣式虽然避免了螺栓穿透, 但必须用专用的高强钢材轧机成型, 保证形状准确并富有弹性, 才能达到扣紧吻合, 使搭接处能留一个防止毛细现象的空槽。咬边式要注意咬边形式, 如层层卷边比较可靠, 但加工安装较麻烦;若单层咬边, 咬边处刚度不够, 吻合差, 易松动, 在大风来袭咬边处容易受到破坏。
2.2 对风荷载考虑欠妥
彩钢雨棚屋面具有质量轻、柔性大、阻尼小等特点, 屋面结构自振周期与风速的长卓越周期较为接近, 因而风荷载成为控制屋面设计的主要荷载。风荷载作用下, 屋面承受很大的负压。从屋面风压分布可以看出, 负压特别高的部位, 总是伴有流动分离现象出现, 特别是屋檐、屋脊、屋面边缘和转角等几何外形突变的部位, 常产生流动的分离与再附。可以说, 由于屋面几何外形的突变引起的流动分离是导致屋面破坏的最普遍原因。
当然, 在对火车站雨棚进行设计时, 要考虑的因素非常多, 上文也仅仅简单列举了两个主要方面, 其他因素还需要在实践中进行探索和总结。
3 组合楼板在某火车站雨棚设计上的运用
基于以上存在问题, 笔者在设计上考虑雨棚屋面采用组合楼板, 并在某火车站得到运用, 取得较好效果。
3.1 工程概况
本文基于某火车站站台雨棚设计为背景, 在设计上考虑组合楼板在雨棚屋面上的运用。雨棚的结构形式为悬挑钢架, 钢架由钢管混凝土柱、H型钢梁组成, 屋面系统由H型钢梁, 组合楼板组成。雨棚的总覆盖面积为14210m2, 雨棚总长度为450m, 钢梁悬挑为5.30m。采用同济大学空间结构分析软件3D3S9.0进行整体分析计算。
3.2 组合楼板的设计
本工程雨棚屋面做法:1.5厚PVC防水卷材、20厚水泥砂浆找平层、组合楼板。在设计时考虑基本风压:0.55KN/m2 (按100年一遇) , 基本雪压:0.40KN/m2 (按100年一遇) , 雨棚屋面活荷载:0.5KN/m2, 施工或检修集中荷载取1.0 kN, 按最不利位置处验算。
组合楼板设计采用非组合板, 即压型钢板作为混凝土楼板的永久性模板, 不考虑参与结构受力。组合楼板设计时对施工阶段、使用阶段分别进行计算:施工阶段需对作为底模的压型钢板按弹性方法进行强度和变形验算, 计算时根据不利情况按两跨连续板或单跨简支板计算, 扰度限值L/180 (L为板跨) ;使用阶段非组合版按钢筋混凝土楼板进行设计, 扰度限值L/360, 裂缝限值0.2mm。另外组合楼板构造上需满足浇筑混凝土的凸肋宽度不小于50mm, 放置栓钉时, 压型钢板总高不超过80mm, 组合楼板总高度不小于90mm, 非组合版需按钢筋混凝土楼板设置钢筋。
根据上述条件设计计算, 本项目组合楼板中压型钢板采用镀锌YXB51-165-660 (Q235) ;混凝土强度等级C30。组合楼板hc厚为70mm, he厚为50mm;每肋布置2Ф8钢筋, 并布置Ф8@150分布钢筋控制裂缝;栓钉选用直径16mm圆柱焊钉, 在凹肋处设置。
3.3 组合楼板在站台雨棚屋面上运用的优点
组合楼板有着诸多优点, 最重要的是组合楼板对风荷载不敏感, 抗风能力强, 彻底消除了以往彩钢板屋面被风破坏后影响高铁行车的风险。另外混凝土屋面性能稳定、耐久性长, 减轻了日后的屋面维护的工作量, 压型钢板作为底模建筑美观, 施工便利。
结语
组合楼板新工艺在火车站站台雨棚初步使用, 我们在创新的基础上深入分析每个设计细节, 协调各个相关部分按照规范和要求做好设计工作, 以期这种新工艺能大幅提高站台雨棚的安全和稳定性能, 确保高速铁路行车安全。
参考文献
[1]潘国华.无站台柱雨棚设计若干问题的探讨[J].铁道标准设计, 2008, (06) .
[2]郭勇.济南铁路站站台风雨棚工程的设计特点[J].铁道标准设计, 2007, (06) .
[3]张建华, 许敏, 曹登武.延安火车站站房及雨棚结构设计[J].华中建筑, 2009, (05) .
钢与混凝土 篇3
1 45钢与12Cr18Ni9不锈钢的化学成分比较45钢与12Cr18Ni9
不锈钢的化学成分见表1。
由表1可以看出, 45钢和12Cr18Ni9不锈钢是两种化学成分差别很大的钢种, 45钢含碳量高, 钢的淬硬倾向大, 12Cr18Ni9不锈钢合金成分含量较高。两种化学成分差别很大的钢焊接在一起时, 焊缝金属是由两种不同类型的母材及填充金属材料熔合而成, 就会出现与焊接一种金属材料所不同的很多问题, 焊接时工艺方法的选择和作业参数的控制都要求十分严格。
2 45钢与12Cr18Ni9不锈钢焊前分析
2.1 45钢对焊缝合金元素的稀释作用
焊缝的组织取决于焊缝的成分, 而焊缝的成分取决于母材的熔入量, 即熔合比。当熔合比发生变化时, 焊缝的成分和组织相应发生变化。45钢与12Cr18Ni9不锈钢焊接时, 由于45钢中不含合金元素, 因此它对整个焊缝金属的合金元素有稀释作用, 特别是焊缝靠近熔合区的部位, 稀释作用比焊缝中心突出, 铬、镍含量远低于焊缝的平均值, 使焊缝金属的奥氏体形成元素含量减少, 在45钢一侧的熔合过渡区形成所谓的过渡层, 即脆性的马氏体组织, 厚度在0.2-0.6mm之间, 造成焊缝接头质量恶化, 严重时生产裂纹。虽然过渡层是不可避免的, 但通过提高焊缝中奥氏体形成元素的含量和控制高温停留时间等工艺措施, 可以使过渡层的厚度减少。选用奥氏体化强的焊接材料减少过渡层的厚度, 提高Ni的含量防止熔合区碳的迁移, 是目前改善异种钢焊接熔合区质量的主要手段。
2.2 焊接时碳的迁移问题
在45钢与12Cr18Ni9不锈钢焊接过程中, 长时间处于高温会使珠光体钢与奥氏体钢界面附近发生反应扩散使碳迁移, 结果在45钢一侧形成脱碳层, 奥氏体一侧形成增碳层。由于两侧性能相差悬殊, 接头受力时可能引起应变集中, 降低接头的高温持久强度和塑性。为解决碳的迁移问题, 应尽量降低加热温度并缩短高温停留时间, 在45钢中增加碳化物形成元素 (Cr、Mo、V等) 而在奥氏体钢中减少这些元素, 提高奥氏体焊缝的含镍量, 缩小扩散层。
3 45钢与12Cr18Ni9不锈钢焊接工艺的选择
3.1 试验件的选择
结合我公司实际生产需要, 采用350×125×8 (mm) 的45钢与12Cr18Ni9不锈钢试板, 进行焊接工艺评定试验。
3.2 焊接方法和线能量的选择
异种钢焊接方法的选择除了考虑生产效率和具体的焊接条件外, 还应考虙熔合的影响, 焊接时要尽量减少熔合比, 以降低对焊缝的稀释作用, 手工电弧焊的熔合比较小, 而且方便灵活, 不受焊件形状的限制。采用小的线能量进行焊接, 有利于降低加热温度并缩短高温停留时间, 降低焊接时碳的迁移, 同时有利于减小焊缝熔合区附近马氏体组织过渡层的厚度。
3.3 焊接材料的选择
正确选择焊接材料是异种钢焊接的关键, 接头质量和性能与焊接材料关系十分密切。异种钢焊接时, 焊缝和熔合区由于合金材料被稀释和碳迁移等因素的影响存在着一个过渡区段, 此区段不但化学成分和金相组织不均匀, 而且物理性能也发生了变化。45钢和12Cr18Ni9不锈钢焊接时, 焊缝及熔合区的组织和性能主要取决于填充金属材料, 选择焊接材料时既要考虑45钢对焊缝的稀释作用, 还应注意抑制熔合区中碳的扩散。经过综合分析考虑确定采用A502焊条作为焊接填充材料。
3.4 工艺参数的确定
为降低熔合比, 焊接时采用小直径焊条。在可能的情况下, 应尽量使用低电流、高电压并快速焊接。
4 试验条件及焊接工艺
4.1 试验条件
焊机:ZX-5直流焊机。
焊接材料:Φi3.2 A502 (E16-25Mo6N-16) 焊条, 焊前烘干, 焊条的化学成分见表2。
焊件材料:45钢板+12Cr18Ni9不锈钢板。
焊件尺寸及坡口型式:350×125×8 (mm) 板, 坡口角度80°, 钝边2mm, 间隙3-4mm, 见图1。
4.2 焊接工艺
45钢与12Cr18Ni9不锈钢焊接时, 为降低熔合比, 减少焊缝金属被稀释, 应采用大坡口, 细焊条, 小电流、快速度、多层焊工艺, 长焊缝应跳段焊。采用手工电弧焊, 焊接材料为A502 (E16-25Mo6N-16) , 焊前预热200-250度, 焊接后不回火, 具体焊接工艺参数见表3。
5 试验结果及分析
5.1 探伤检查
对焊缝进行表面着色渗透探伤检查, 没有发现焊接缺陷。对焊缝进行X光射线探伤检查, 确认焊缝质量达到Ⅱ级标准。
5.2 机械性能试验
对于异种钢焊接, 要求焊缝接头的抗拉强度不低于两种母材中抗拉强度较低材料的最低值允许值;背弯、面弯弯头直径为4倍板厚, 弯曲180度, 应无裂纹或小于长度3mm的微裂纹视为合格。经过对焊缝接头检测, 抗拉强度大于45钢与不锈钢两种材料的最低值 (539 MPa) , 弯曲180度后无长度大于3mm的裂纹, 从而认定机械性能符合要求, 具体情况见图2和表4。
6 结论
采用大坡口, 细焊丝, 小电流、快速度、多层焊工艺, 焊前预热200-250度, 用A502焊条焊接45钢与1Cr18Ni9T钢, 焊缝接头性能可以达到异种钢焊接时要求较低的母材的机械性能, 能够用于公司的批量焊接生产。
参考文献
[1]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京:机械工业出版社, 2010.
[2]周振丰.焊接冶金学[M].北京:机械工业出版社, 2000.
[3]周志伟.GB/T4730-2005, 承压设备无损检测[M].昆明:云南科技出版社, 2006.
钢与混凝土 篇4
1 工艺特点
1)相关技术成熟,工效高,速度快;2)投入少,产量大,质量好,成本低;3)节约了大量的钢材和能源。
2 适用范围
本工艺适用于全剪力墙结构、框架结构和框剪结构工程,在施工过程中墙柱竖向或斜向(倾斜度在4∶1范围内)钢筋由二级钢变成三级钢情况,直径为14 mm～32 mm。
3 工艺原理
钢材的可焊性指被焊钢材在采用一定焊接材料、焊接工艺条件下,获得优质焊接接头的难易程度。钢材的可焊性常用碳当量Ceq来估计。二级钢的碳当量为Ceq=0.39～0.48,三级钢的碳当量为Ceq=0.4～0.46,根据我国经验,Ceq=0.40～0.55时,可采用预热焊接工艺,两种钢材均在可焊范围内,且两种强度钢材碳当量基本一致;两种钢材均属于低合金热轧钢筋。
4 施工工艺流程及操作要点
4.1 施工工艺流程
施焊前,焊接夹具的上、下钳口应夹紧在上、下钢筋适当位置,钢筋一经夹紧,不得晃动,以免上、下钢筋错位和夹具变形;针对不同直径钢筋施焊前要对小直径钢筋端头采用弧形垫片,以保证钢筋被夹紧。
电渣压力焊的工艺过程包括:引弧、电弧、电渣和顶压四个过程。
1)引弧过程:
采用直接引弧法。上、下两钢筋端部埋于焊剂之中,两端面之间留有一定间隙,上下两钢筋分别与弧焊电源两个输出端连接,形成焊接回路。当弧焊电源一次回路接通后将上钢筋下压与下钢筋接触,并瞬即上提,产生电弧。
2)电弧过程:
靠电弧的高温作用,将钢筋端头的凸出部分不断烧化形成熔池;同时将接口周围的焊剂充分熔化,形成一定深度的渣池,覆盖于熔池之上,熔池受到熔渣和焊剂蒸汽的保护,不与空气接触。
3)电渣过程:
渣池形成一定深度后,将上钢筋缓缓插入渣池中,此时电弧熄灭,变电弧过程为电渣过程。由于电流直接通过渣池产生大量的电阻热,使渣池温度升到近2 000 ℃,将钢筋端头迅速而均匀熔化。
4)顶压过程:
当钢筋端头达到全截面熔化时,迅速将上钢筋向下顶压,将熔化的金属、熔渣及氧化物等杂质全部挤出结合面,同时切断电源,焊接即告结束。
接头焊毕,应停歇适当时间,方可回收焊剂和卸下焊接夹具,并敲去渣壳;四周焊包应均匀,凸出钢筋表面的高度应不小于4 mm,确保焊接质量。
4.2 操作要点
1)严格控制焊接电压在25 V～45 V之间;2)在下料中,钢筋的端头一定要调直,保证钢筋连接的同心度;3)适当延长电弧时间,缩短电渣时间,总体时间适当延长2 s～3 s;4)电流较二级钢间焊接适当偏高;施焊过程中,严格控制电流大小,以免造成电流小,焊包偏一侧甚至没有焊包,或电流大,铁水溢流,落包现象;5)顶压时焊工应正确判断钢筋的熔化量,除钢筋自重力外,还应按钢筋的截面施加0.4 MPa～0.5 MPa的顶压力;6)加强接头焊后的保温。
4.3 焊接参数
焊接参数见表1。
4.4 试验成果
试件来源于有上岗证的专业电焊工制作试件和现场抽样切割试件。每种试件均做三组,由山西广厦源工程检测有限公司和山西天宇通建筑工程检测有限公司两家试验单位进行。接头试件经做拉伸试验,结果全部合格,断裂位置全部在母材上,试件均达到行业标准JGJ 18-2003钢筋焊接及验收规程中规定的质量要求。
5 质量控制
5.1 外观检查
电渣压力焊接头外观检查结果应符合下列要求:
1)四周焊包凸出钢筋表面的高度应不小于4 mm;2)钢筋与电极接触处,应无烧伤缺陷;3)接头处的弯折角不得大于4°;4)接头处的轴线偏移不得大于钢筋直径0.1倍,且不得大于2 mm。
外观检查不合格的接头应切除重焊,或采用补强焊接措施。
5.2 拉伸试验
电渣压力焊接头拉伸试验结果:3个试件的抗拉强度均不得小于该级别钢筋规定的抗拉强度。
当试验结果有1个试件的抗拉强度低于规定值时,应再取6个试件进行复验。复验结果中仍有1个试件的抗拉强度小于规定值时,应确认该批接头为不合格品。
6 安全措施
操作人员除应严格执行国家现行《建筑安装工程安全技术规程》以及现场有关安全技术措施和规定外,特别应注意以下几点:
1)焊接操作及配合人员必须按规定穿戴劳动防护用品,并必须采取防止触电、高空坠落和火灾等安全措施。2)高空焊接时,必须系好安全带,焊接周围和下方应采取防火措施,并应有专人监护。3)现场使用的电焊机,应设有防雨、防潮、防晒的机棚,并应在操作层装设相应的消防器材。4)雨天不得在露天电焊。在潮湿地带作业时,操作人员应站在铺有绝缘物品的地方,并应穿绝缘鞋。
7 效益分析
二级钢与三级钢的竖向连接传统做法为下端二级钢收头,上端三级钢重新插筋。采用本工艺后,在保证施工质量前提下,同样解决了二级钢上接三级钢的问题,并且产生巨大的经济效益:
以HRB335 25上接HRB400 22在一、二级抗震等级和C30混凝土条件下连接为例(HRB335 25单价为3 .85元/kg;HRB400 22单价为3.980元/kg)。
7.1 材料费用计算
1)传统做法。
钢筋量:1.2laE(下端钢筋预留)+1.2laE(上端钢筋下插)=1.2×34×25÷1 000×3.856+1.2×41×22÷1 000×2.986=7.165 kg。
造价:3.933×3.85+3.232×3.980=28.01元。
2)本工艺做法:两端钢筋焊熔损耗均约为15 mm。
钢筋量:15÷1 000×3.856+15÷1 000×2.986=0.103 kg。
造价:0.058×3.85+0.045×3.980=0.40元。
7.2 其他费用计算
1)传统做法。
只有人工费。现场采用工作日写实法,对一个班组(9人)针对每1 000根墙柱竖向钢筋重新插筋情况进行了记录,除去工人必须的休息时间,用时分别为18 h 25 min,按每个技术工焊接一根成本计算(市场价100元/工日):(18×60+25)×100/8×60×9×1 000=0.03元/根。
2)本工艺做法。
包括人工费、辅材费、机械费。现场采用计时观察法——写实记录法,对一个技术水平平均的操作人进行电渣压力焊全过程时间记录,工作过程包括立钢筋、卡钢筋、装焊药、装焊钳、焊接、冷却、卸焊具等工序,记录次数为8次,平均使用时间为5 min/根。按每个技术工焊接一根成本计算(市场价100元/工日):人工费:5×100/8×60=1.04元/根。辅材费:包括电焊条、焊剂、橡胶石棉板,2.33元/根。机械费:包括电焊机、机械用电、机械人工等,3.13元/根。小计:1.04+2.33+3.13=6.50元/根。
7.3 费用汇总计算分析对比
1)传统做法:
28.01+0.02=28.03元/根。
2)本工艺做法:
0.40+6.50=6.90元/根。两种做法造价差价对比:28.03-6.90=21.13元/根。两种做法造价百分比对比:6.9/28.03=25%。
以上数据显示,对于一根钢筋来说,采用本工艺钢筋用量大大降低,工程成本也大大降低,本工艺造价仅是传统做法的1/4。对于整个工程意义相当大,节省竖向钢筋用量30%左右,工程造价节省3%左右。
这种新工艺的实验研究和现场使用,响应国家鼓励采用三级钢的节能号召,确保了工程质量,创造了巨大的经济效益和社会效益。我们还会加大投入对这项新工艺进行更深入的研究。
摘要：结合某商住楼具体工程实例,介绍了电渣压力焊连接施工技术的工艺特点,适用范围及工艺原理,具体论述了本工艺的施工流程及操作要点,提出了其操作过程中的质量控制和安全措施,经过计算可知,该工艺能产生巨大的经济效益和社会效益。
关键词：钢筋,电渣压力焊,连接技术
参考文献