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0 前言
随着我国计算机技术的快速发展和自动化软件的完善,机械化产品的设计过程正逐渐体现出自动化、并行化、数字化、智能化和集成化的特点。产品需求的复杂化和多样化,迫切要求机械制造行业的高效率,而机械装配紧固件的连接定位和设计是机械连接设计中的重要内容,该过程的效率会对整个工程的设计研发效率产生重要的影响。所以,开发质量高、成本低、服务好的快速设计技术,以适应市场的变化需求,能够为机械制造企业赢得发展的空间,为企业的持续稳定发展创造条件。本文基于机械装配连接过程中对快速设计技术的迫切需求,对机械装配连接的快速设计技术进行了探讨。
1 快速设计的发展现状
快速设计也叫做快速响应设计或敏捷设计,是指以市场产品定制化和多样化等需求为前提的机械设计技术,该技术的目的就是用最少的时间,最快的速度开发质量高、服务好和成本低产品,以满足市场不断变化的需求。快速设计理念已经得到机械制造行业越来越多的关注。
快速设计是一个全新的设计概念,和并行工程、集成制造和敏捷制造相比,快速设计主要是为了缩短产品设计周期而实施的,与此同时,还要提高产品的设计质量,从而有效提升企业对市场的应变能力。目前,我国快速设计技术的研究重点还只是集中在缩短产品设计周期上,从而提高产品开发成功率和市场快速响能力。这主要是由我国机械制造市场的现状造成的:(1)制造业的多种产品必须以客户的需求为目的进行开发。根据统计,多数企业产品设计周期较长,造成产品交货期延长,因此影响了对市场的反应速度,造成企业客户的流失。而如果为了保证速度而压缩研发时间,则会影响设计的质量。(2)产品研发是控制成本的关键环节。根据国外相关机构的研究,产品设计成本虽然只占生产成本的6%,但是影响却高达60%以上。这其中的主要原因就在于制造行业必须根据设计的要求进行,例如产品的尺寸、工作原理、结构、性能和材料等,这些都对产品成本的控制造成了影响。
2 机械装配连接快速设计技术
2.1 快速设计的连接基准
机械设计领域的大部分产品部件都具有对称性的特点,因此,对称基准成为产品部件设计中的重要信息。但是,产品部件设计时,研究人员使用现有的工具无法精准捕捉隐藏基准信息,而是首先构造一个对称基准,然后使用对称工具设计对称特征,这种传统模式过程复杂繁琐,已经无法满足未来发展的设计要求。所以,针对对称特征的产品部件,按照其基本特征和设计的要求建立对称特征规则,从而完善产品设计过程中的部件特征对称性识别效果,完成对称信息的自动化捕捉,这对提高部件的设计效率和机械装配连接的速度都具有十分重要的作用。
2.2 装配孔快速设计
目前,机械装配设计领域的设计软件在装配孔的设计方面通用性很轻,而且能够满足一次交互即完成设计工作的要求。但是,这类软件针对性不强,尤其是对于曲面和斜面,设计的过程比较复杂,效率较低。本文充分考虑了装配孔后期紧固件装配的问题,为了实现一次交互即实现设计要求,将装配孔快速设计技术按照如下流程进行:
(1)将常用紧固件的装配孔设计技术分类,然后根据不同的连接方式设计不同的装配孔可选范围;
(2)实现装配零件间装配环境的自动识别,进而完成曲面和斜面装配孔的创建;
(3)对于曲面和斜面装配孔的设计,采用用户自处理模式,并将垫圈设计和端面窝设计封装,完成安装面自动化处理;
(4)设计不同的孔类型参数,制作知识模板,用交互模式获取孔的结构参数,进而驱动对应模板实现装配孔快速设计。
根据斜面和曲面的装配孔设计,需要把整个过程进行封装自动处理。设计过程中,充分利用了常用的装配孔连接设计经验,从而满足安装面上各种类型孔的快速设计,提高了装配设计过程的速度和效率,缩短了产品研发的周期。
2.3 基于模板匹配的装配连接快速设计
机械装配连接过程中,根据装配连接的要求,经常会出现多组相似的装配孔类型和相似的装配连接需求。目前的软件中一般使用常规的设计方式,即对每一个装配连接孔都进行定位,然后使用设计工具进行交互式的设计工作。虽然在很多情况,这种方式还算比较快捷,但是,如果相同装配连接孔的数量过多,对每个连接孔都进行相同的定位和交互操作,会严重影响装配连接过程的效率。因此,针对多组相同装配孔存在的情况,则集中考虑将整个装配孔组的设计过程,不再只针对某个具体特征进行设计,即基于智能模板进行装配孔的快速设计。应用智能模板能够对特征关系相似的多个装配孔中的任意一个的创建过程进行记录,并以参数形式实现装配孔内特征孔间的几何定位。完成装配孔智能模板的创建以后,再进行其他连接孔的设计时,只需要调用对应的智能模板就能够实现不同环境下装配孔组的连接设计。所以,模板不仅实现了孔特征的快速黏贴、替换和复制,而且也能够进行修改,当在其他的环境中进行设计时,会根据具体的环境进行重新定义,从而极大提高了机械装配连接的设计效率。
3 结论
本文主要通过对目前机械装配连接技术中存在的不足进行分析,研究了适应各种装配连接环境的快速设技术。机械装配快速连接技术对开发质量高、成本低、服务好的机械产品具有重要的意义,对企业适应市场的变化需求,为机械制造企业赢得发展的空间创造了条件。
【参考文献】
[1]蒋维.基于CAD/CAE混合模板库的锻压机床快速设计与优化方法研究[D].合肥:中国科学技术大学,2008.
关键词:高层建筑机械连接质量控制
中图分类号:TU208文献标识码: A
一、先要读懂图纸,了解规范对机械连接的要求,是进行机械连接质量控制的前提。
首先了解机械连接的设计要求:
1、接头的设计应满足强度及变形性能的要求。
2、接头连接件的屈服承载力和受拉承载力的标准值应不小于被连接钢筋的屈服承载力和受拉承载力标准值的1.10倍。
3、接头应根据其等级和应用场合,对单向拉伸性能、高应力反复拉压、大变形反复拉压、抗疲劳、耐低温等各项性能确定相应的检验项目。
4、接头应根据抗拉强度、残余变形以及高应力和大变形条件下反复拉压性能的差异,分为下列三个等级:
I级:接头抗拉强度等于被连接钢筋实际抗拉强度或不小于1.10倍钢筋抗拉强度标准值,残余变形小并具有高延性及反复拉压性能。
Ⅱ级:接头抗拉强度不小于被连接钢筋抗拉强度标准值,残余变形较小并具有高延性及反复拉压性能。
Ⅲ级:接头抗拉强度不小于被连接钢筋屈服强度标准值的1.25倍,残余变形较小并具有延性及反复拉压性能。
5、I级、Ⅱ级、Ⅲ级接头的抗拉强度应符合表3.05的规定。
6、I级、Ⅱ级、Ⅲ级接头应能经受规定的高应力和大变形反复拉压循环,且在经历拉压循环后,其抗拉强度仍应符合表3.05的规定。
7、I级、Ⅱ级、Ⅲ级接头的变形性能应符合表3.07的规定。
表3.05接头的抗拉强度
接头等级 I级 Ⅱ级 Ⅲ级
抗拉强度 fθmst≥fmst断于钢筋
或≥1.10 fstk断于接头 fθmst ≥fstk fθmst t≥1.25 fstk
注:fθmst――接头试件实际抗拉强度;
fmst――接头试件中钢筋抗拉强度实测值;
fstk ――钢筋抗拉强度标准值;
表3.07接头的变形性能
接头等级 I级 Ⅱ级 Ⅲ级
单向拉伸 残余变形(mm) μ0≤0.10(d≤32)
μ0≤0.14(d>32) μ0≤0.14(d≤32)
μ0≤0.16(d>32) μ0≤0.14(d≤32)
μ0≤0.16(d>32)
最大力总伸长率(%) Asgt≥6.0 Asgt≥6.0 Asgt≥3.0
高应力反复拉压 残余变形(mm) μ20≤0.3 μ20≤0.3 μ20≤0.3
大变形反复拉压 残余变形(mm) μ4≤0.3且
μ8≤0.6 μ4≤0.3且
μ8≤0.6 μ4≤0.6
注:当频遇荷载组合下,构件中钢筋应力明显高于0.6fyk时,设计部门可对单向拉伸残余变形μ0加载峰值提出调整要求。
8、对直接承受动力荷载的结构构件,设计应根据钢筋应力变化幅度提出接头的抗疲劳性能要求。当无专门要求时,接头的抗疲应力幅限值不应小于国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002中表4.25-1普通钢筋疲劳应力幅限值的80%。
图纸根据以上的要求进行了设计,明确了接头的等级等相关要求,相应规范对机械接头的要求,在工程建设中将对本工程有针对性的相关问题进行归集(相当于监理编制的监理实施细则)。
二、 了解机械连接施工工艺
工艺流程
1、 工艺流程,钢筋原材料检验―钢筋断料―丝头加工―丝头检验―套丝保护―连接套筒检验―现场连接―接头检验。
2、 钢筋丝头加工,丝头加工工序为:按钢筋规格调整好滚丝头内孔最小尺寸及涨刀环,调整剥肋挡块、剥肋直径及滚压行程,装卡钢筋,启动设备,进行加工;
3、 加工螺纹时应使用水溶性切削液;
4、 加工完毕后须逐个检查,对不合格的应切除丝头重加工。检查内容为外观、丝头长度、螺纹直径、螺纹圈数;
5、 丝头加工时参数监控内容与要求。加工过程中必须加以控制的主要项目有:钢筋规格、剥肋直径、螺纹规格、丝头长度、完整丝扣圈数。丝头的螺纹规格必须与套筒相匹配;
6、 对检查合格的钢筋丝头应立即加上保护套,防止搬运钢筋时损坏丝头。
7、现场连接按《钢筋机械连接技术规程》中表6.2.1的规定连接。
8、检查验收按《钢筋机械连接技术规程》的要求进行验收。
三、机械连接质量控制
1、首先机械连接的原材料须符合规范要求,机械连接的原材料要按照相应的规范要求进行出厂合格证,检测报告等质量证明文件进行检查,符合要求后才送到有资质的检测单位进行检测,合格后,才能用于机械连接。
2、按设计和规范要求须进行型式检验的,要进行型式检验。在下列情况时应进行型式检验:确定接头性能等级时;材料、工艺、规格进行改动时;型式检验报告超过4年时。型式检验按规范要求进行检测。
3、接头的加工。在施工现场加工钢筋接头时,应符合下列规定:
A、加工钢筋接头的操作工人,应经专业人员培训合格后才能上岗,人员应相对稳定;
B、钢筋接头的加工应经工艺检验合格后方可进行。
C、机械接头有直螺纹接头的现场加工要求,锥螺纹接头的现场加工要求,由于直螺纹在工程中常用,所有本文重点介绍直螺纹接头的现场加工的规定:
a、钢筋端部应切平或镦平后加再工螺纹;
b、墩粗头不得有与钢筋轴线相垂直的横向裂纹;
c、钢筋丝头长度应满足企业标准中产品设计要求,公差应为0~2.0p(p为螺距):
d、钢筋丝头宜满足6f级精度要求,应用专用直螺纹量规检验,通规能顺利旋入并达到要求的拧入长度,止规旋入不得超过3p。抽检数量10%,检验合格率不应小于95%。
4、接头的安装。直螺纹钢筋接头的安装质量应符合下列要求:
A、安装接头时可用管钳扳手拧紧,应使钢筋丝头在套筒中央位置相互顶紧。标准型接头安装后的外露螺纹不宜超过2p。
B、安装后应用扭力扳手校核拧紧扭矩,拧紧扭矩值应符合《钢筋机械连接技术规程》通用规程表6.2.1的规定:
表6.21直螺纹接头安装时的最小拧紧扭矩值
钢筋直径mm ≤16 18~20 22~25 28~32 36~40
拧紧扭矩N.m 100 200 260 320 360
C、校核用扭力扳手的准确度级别可选用10级。
4、安装后的检查验收,螺纹接头安装后1、应按《钢筋机械连接技术规程》第7.0.5条的验收批,抽取其中10%的接头进行拧紧扭矩校核,拧紧扭矩值不合格数超过被校核接头数的5%时,应重新拧紧全部接头,直到合格为止。2、对接头的每一验收批,必须在工程结构中随机截取3个接头试件作抗拉强度试验,按设计要求的接头等级进行评定。当3个接头试件的抗拉强度均符合本规程表3.0.5中相应等级的强度要求时,该验收批应评为合格。如有1个试件的抗拉强度不符合要求,应再取6个试件进行复检。复检中如仍有1个试件的抗拉强度不符合要求,则该验收批应评为不合格。3、现场检验连续10个验收批抽样试件抗拉强度试验一次合格率为100%时,验收批接头数量可扩大1倍。4、现场截取抽样试件后,原接头位置的钢筋可采用同等规格的钢筋进行搭接连接,或采用焊接及机械连接方法补接。
四、机械连接质量控制的其他方面
1、在机械连接施工前,须对施工作业人员进行机械连接操作工艺要求,及质量标准进行有针对性的技术交底。
2、机械连接加工好后,作业人员必须自检,不合格的从新加工,做好自检,交接检,专检工作。
3、严格按报验程序进行验收。
4、机械接头试验的试验单位要有相应的资质。
5、现场的接头抽检,必须按《房屋建筑工程和市政基础设施工程实行见证取样的送检的规定》进行见证。
随着建筑业的发展,高层建筑、大跨度、特种结构日益增多,建筑钢筋的应用向大直径、密集布置、高强度方向发展,单纯采用传统的钢筋连接工艺,如搭接绑扎、搭接电弧焊、闪光对焊、气压焊等方式已难以满足需要。80年代末,我国开始推广使用钢筋机械连接技术,主要代表方式有套筒挤压连接和锥螺纹连接。近10年来,钢筋机械连接技术的应用得到迅猛发展。目前,钢筋套筒挤压连接和锥螺纹连接技术被建设部列为“九五”期间建筑业重点推广的10项新技术之一,纳入国家重点推广项目。近年来,我市许多大型工程项目也都使用了套筒挤压连接和锥螺纹连接技术。本文介绍钢筋套筒挤压和锥螺纹连接技术在厦门建筑工程中的应用概况并对接头的质量检验问题进行探讨,以使该技术在厦门建筑工程中得到更好的应用。
2 厦门市钢筋机械连接技术应用概况
2.1 钢筋套筒挤压连接技术
套筒挤压连接是把两根待接钢筋的端头先插入一个优质钢套筒,然后用挤压机在侧向加压数道,套筒塑性变形后即与带肋钢筋紧密咬合达到连接的目的。套筒挤压连接的优点是接头强度高,质量稳定可靠;操作安全,无明火,不受气候影响;连接方式适应性强,可用于垂直、水平、倾斜、高空、水下等各方位的钢筋连接,还特别适用于某些化学组成不适宜采用传统焊接工艺的钢材连接,如特种钢材、进口钢筋等。主要用于直径为20~40mm带肋钢筋的连接。
目前,该技术已广泛应用于厦门市建筑工程,如高崎国际机场、高崎联检站、玉屏城、海光大厦、国贸大厦、祥和广场、太古三期、海沧大桥、中信惠杨大厦、邮电大厦、万利达工业园、源通中心、世纪广场、鹭江道改造工程、国际会展中心、香格里拉大酒店、国际银行大厦、世界贸易中心等,取得了良好的技术经济效益。
套筒挤压连接技术在厦门应用初期,由于钢套筒都是由外地生产厂家供应以及现场操作人员操作水平较差等原因,套筒挤压接头的质量较不稳定,推广应用受到一定限制。1998年初,厦门开始有了自己的钢套筒生产基地、套筒接头施工设备和施工人员培训等基本配套,使套筒挤压接头质量检验合格率得到显著提高,质量稳定性得到有效保证,该技术在厦门建筑工程中得以推广应用。
厦门市建筑工程检测中心站对套筒挤压接头的检测数据表明,目前厦门市建筑工程使用的套筒挤压接头绝大部分强度均能达到钢筋母材强度,质量稳定性较好。但该技术还需降低套管材料耗量和成本,减轻压接器整机质量和克服易漏油现象,才能更好地推广应用。
2.2 钢筋锥螺纹连接技术
锥螺纹连接是用锥形螺纹套筒将两根钢筋端头对接在一起,利用螺纹的机械咬合力传递拉力或压力。所用的设备主要是套丝机,通常安放在现场对钢筋端头进行套丝。套筒一般在工厂内加工。连接钢筋时利用侧力板手拧紧套筒至规定的力矩值即可完成钢筋的对接。锥螺纹连接现场操作工序简单,速度快,适用范围广,不受气候影响。但锥螺纹接头破坏大都发生在接头处,接头强度偏低,达不到与母材完全等强。现场加工的锥螺纹质量不易保证,漏拧或扭紧力矩不准,丝扣松动等对接头强度和变形有很大影响,锥螺纹接头质量稳定性较差。
目前,锥螺纹接头成本虽较套筒挤压接头低,但在厦门市建筑工程的使用程度不如套筒挤压接头范围广。该技术于1998年初在海沧大桥东塔工程中使用,主要用于直径20mm带肋钢筋的连接。目前正施工的香格里拉大酒店项目中已用于直径32~40mm带肋粗钢筋的连接。厦门市建筑工程检测中心站对锥螺纹接头的检测数据表明,锥螺纹接头抗拉强度的检验合格率不如套筒挤压接头高。
针对锥螺纹接头强度偏低,稳定性较差,国际新动向是发展等强螺纹连接。目前国内已开发出GK型等强钢筋锥螺纹接头成套技术。该技术不改变普通锥螺纹接头工艺中的任何参数和设备、工具、连接件等,仅在车削钢筋锥螺纹丝头之前增加一道预压工序,使钢筋端头发生塑性变形而提高强度,弥补了因车削螺纹使钢筋母材截面尺寸减小而造成的接头承载能力下降的缺陷,从而使接头强度大于相应钢筋母材强度,质量稳定性得到保证。厦门建筑工程上亟待引进和开发等强钢筋锥螺纹连接技术,以提高建筑工程质量和锥螺纹接头检验合格率。
3 钢筋机械连接接头的质量检验
3.1 钢筋机械连接的质量标准和规范
建设部和冶金部分别都颁布过钢筋机械连接的行业标准,其中包括建标JGJ107-96《钢筋机械连接通用技术规程》、JGJ108-96《带肋钢筋套筒挤压连接技术规程》、JGJ109-96《钢筋锥螺纹接头技术规程》和冶标YB-9250-93《带肋钢筋挤压连接技术及验收规程》。目前,厦门市锥螺纹接头执行建设部标准,套筒挤压接头执行建设部和冶金部两种标准。在标准的选择上,套筒挤压连接技术提供单位和绝大多数施工单位更愿意执行冶金部标准。
建设部标准和冶金部标准对连接接头的技术要求程度不同。
接头等级划分 对套筒挤压接头,冶标没有性能等级划分,建标则划分为A、B两个等级。分级有利于根据不同的应用场合合理选用接头类型,在某些情况下还有利于降低成本。
对型式检验的拉伸试验 冶标要求套筒挤压接头每种规格取3个试件,其实测抗拉强度均不应小于该级别钢筋抗拉强度标准值的1.05倍或该试件钢筋母材的抗拉强度。建标要求每种型式、级别、规格、材料、工艺的连接接头各取不少于6个试件,对A级接头其实测抗拉强度均应达到或超过母材抗拉强度标准值,对B级接头其实测抗拉强度均应达到或超过母材屈服强度标准值的1.35倍,但对其所用钢筋母材屈服强度及抗拉强度实测值要求不宜大于相应标准值的1.10倍。当大于1.10倍时,对A级接头,试件的抗拉强度尚应大于等于0.9倍钢筋实际抗拉强度(应用重量法按钢筋的实际横截面面积计算),以避免钢筋超强过多影响对接头性能的评定。
接头检验 与冶标相比,建标还强调施工现场连接工程开始前及施工过程中,应对每批钢筋进行接头工艺检验。其目的是检验接头技术提供单位所确定的工艺参数是否与本工程中的进场钢筋相适应。
建标对连接接头的设计、应用和检验要求更加合理和完善。因此笔者建议厦门市的挤压套筒设计生产厂家、施工监理单位和质量检测机构积极向建标靠拢,促进套筒挤压连接技术在厦门更好的发展。
3.2 钢筋机械连接接头的质量检验
钢筋机械连接接头质量检验分为型式检验和现场检验。按建标要求,型式检验应对接头的单向拉伸性能、高应力反复拉压性能以及大变形反复拉压性能进行试验,其中套筒挤压接头和锥螺纹接头根据接头性能指标的差异分为A、B两个性能等级,其性能指标均应符合JGJ107-96表3.0.5的规定。型式检验比较复杂、工作量大,因此,经型式检验确定某一接头产品的性能等级后,在生产工艺及主要原材料不发生重大改变的情况下,在工地现场只需进行现场检验。但要求该技术提供单位提交有效的型式检验报告,并且在钢筋连接工程开始前及施工中,对每批钢筋进行接头工艺检验。
现场检验也叫施工检验,一般只进行外观质量检验和拉伸强度试验。同一施工条件下采用同一批材料的同等级、同型式、同规格接头,以500个作为一个验收批。现场连续检验10个验收批,全部单向拉伸试验一次抽样均合格,验收批接头数量可扩大一倍。外观质量检验时,套筒挤压接头从每一验收批中随机抽取10%,锥螺纹接头从同规格接头中随机抽取10%进行。拉伸强度试验时,对接头的每一验收批,必须在工程结构中随机截取3个试件进行。
目前,厦门市建筑工程在钢筋机械接头现场检验所用的拉伸试件,大部分没有在工程中随机抽取,主要由施工单位或技术提供单位送样或只在制作车间抽样。国内工程经验表明送样或在车间抽样和在工程中随机抽样两种方法的接头抗拉试验结果和合格率有不少差异。机械连接接头的质量在很大程度上有赖于现场的管理及操作水平,特别是锥螺纹连接接头,因此坚持在工程中随机抽样可以大大促进施工人员操作的责任心,提高接头质量。锥螺纹接头在现场切割后不能再制作螺纹接头时,容许用焊接、搭接或其它类型接头替代割去的接头,因为被割去接头的钢筋占构件中钢筋总数的比例通常很小,因而局部替代不会造成对结构总体强度的损害。坚持在工程中随机抽样会给施工带来一定麻烦,但工程质量事关人民生命财产安全,因此必须坚持。
4 结论
目前,钢筋套筒挤压连接技术在厦门市建筑工程中应用较为广泛,接头强度高,质量稳定性较好;套筒挤压接头生产和应用的质量标准应积极向建标JGJ107-96、JGJ108-96靠拢。
1钢筋机械连接技术的特点
钢筋机械连接技术即是以钢筋作为工程主要原料,进行滚轧直螺纹连接,先对钢筋进行滚轧加工,制成常见的直螺纹结构,然后将其与套筒连接在一起,让整个钢筋连接的整体更加稳定,进而保障整个公路桥梁工程的安全稳固。同时,在施工过程中还需要对工程中所使用的金属材料进行加工,目的在于提高钢筋结构整体的坚固程度和强度,使得钢筋结构在工程建设当中不会因其外部金属的塑性变化而影响其内部材料的性能。除此之外,钢筋机械连接技术不会产生工程污染,不会对周围的生态环境产生影响,在满足工程建设要求的基础上符合当今低碳环保的理念。
2公路桥梁工程桩基础钢筋机械连接技术施工工艺
首先,在工程施工中应该保证施工材料满足于工程的相关要求,同时在对工程项目计划时,对于材料的选择也非常重要,因为材料是一切工程的根本,是保障整个公路桥梁工程质量的基础。一般来说,在选择钢筋材料时,先要检查钢筋是否平直,是否带有损坏,并对钢筋进行抽样检验,进而确定钢筋的强度和尺寸是否满足工程要求;其次在钢筋机械连接技术的实践工作当中,還需要对其直螺纹套筒进行精确的连接处理。直螺纹套筒作为钢筋连接处理中的重要环节,是保障整个钢筋结构稳定的关键,所以在施工中必须保障其质量、尺寸以及连接处的强度。
公路桥梁工程建设中所采用的连接套筒材料多为碳素结构钢,并且在材料选购后,需要检查其是否有裂痕和腐蚀现象,进而保障整个桩基的安全稳定,促进整个公路桥梁工程顺利实施。确保材料的选用之后,具体施工中还需要满足工艺流程的安排,首先进行钢筋滚轧直螺纹连接工序,先将钢筋原材料的头尾切除,随后进行机械加工,套丝加保护套,最后将钢筋运往施工工地进行连接。需要注意,钢筋在加工前需要进行调直,然后才可以下料开工,钢筋切口处必须保证平整,不能出现曲面或马蹄形。在下料开工期间,需要使用砂轮切割设备进行下料工作,不能使用气割下料。其次钢筋丝头加II作需要在钢筋滚压机上开展,各部位的丝头螺纹加工尺寸必须满足工程设计的各类指标要求。钢筋滚压机上丝扣加工的形状和螺纹必须符合连接套的形状和螺纹螺距。在滚轧直螺纹接头连接中,需要将强直螺纹连接的工作原理应用于金属材料冷热交替后引发的塑性变形当中,从而提高材料的强度。其中金属表面产生了塑性变化,而在其内部的主要材料并不会发生改变,依然保持原有的性质,从而做到钢筋与母材的强度一致。在施工操作时先使用切割的方法将所需连接的钢筋切除一部分,在钢筋滚丝前主体尺寸和形状满足工程需要,随后进行滚轧加工,制出普通的直螺纹形状,最后使用合适的螺纹套筒将两端的钢筋进行连接。此类连接方法的螺纹加工工序简单,不需要大型工作设备,但是螺纹加工的精度差,钢筋尺寸有所差异,可能会给实际施工带来困难,并且直径不同的钢筋在加工过程中也会降低滚丝轮的使用寿命。镦粗直螺纹连接技术是使用镦粗设备将两根钢筋的连接部镦粗,再加工出圆柱螺纹,然后套上连接套筒用管钳扳手使两根钢筋连接成一体的一种连接方法。该连接法克服了传统的焊接接头可能存在的脆性接头和绑扎搭接接头不能承受轴向偏心力的缺陷。
3工程施工中的注意事项
桥梁工程施工中需要进行多方面的试验,综合每一次实验结果,精确掌握工程数据。在钢筋滚轧连接工作中必须根据详细的工程参数,将钢筋和套筒合理进行搭配,从而保障整体结构的安全稳定。
4工程中的相关技术管理
想要保障工程的质量和安全需要制定一个集技术、管理、财务三者相辅相成的管理制度。将制度建设的目光放在多部门联合上,需要考虑的就是各部门在工作中的分工和交集,以及公路桥梁工程总体目标,但这只是一个理想状态。多部门共同工作的相关制度、难点不在于编制,在于执行。公路桥梁工程的总体目标不外乎安全、质量、经济效益等。首先应把工程全过程中质量相关的各部门工作罗列出来,然后审查它们之间有什么可以互相辅助以达到最佳效果的方面,最后将这些可以实现相辅相成的工作利用制度进行约束,形成正规的工作要求。比如施工组织设计和施工方案的编制,包括投标阶段的技术标和实施性施组。这个工作是工程部主责,其中工期计划、工法选择、物资机械设备配置和人员配置都会影响工程成本预算。此时就需要经营部门参与,投标阶段两部门结合,以施组为基础编制报价,以调整施组。工程实施阶段也一样,施工工法选择会很大程度影响工程成本,进而影响效益,因此就可以制定相关制度。经营部门的成本预算必须由工程部门、物资和劳务部门参与编制并审核,工程部门的施工组织设计编制必须有经营部门的参与和审核,在参与和审核工作中从各自的工作角度进行分工。在公路桥梁工程施工管理方案中,应该明确责任。在多部门联合工作制度中,大家各司其职,但也很容易出现责任不清,互相扯皮的情况。可以在多部门参与中建立工作流程,以工作步骤划分形成审批签字,避免责任不清。在制度实施中要充分考虑执行力,从自己单位实际情况出发,制定符合实情的制度,并且建立一系列问责、奖惩等规定来提高执行力。
为适应大规模、高标准铁路建设需要,进一步扩展钢筋机械连接(镦粗直螺纹接头、剥肋滚轧直螺纹接头和套筒挤压接头)在铁路钢筋混凝土工程中的应用范围,开展铁路用三种机械连接接头疲劳性能试验研究,给出各种接头疲劳应力幅值(200万次循环对应的应力幅),供设计单位参考。
2.试验的主要内容
a、机械连接件试件取样
根据《铁路混凝土工程钢筋机械连接技术暂行规定》中对采用机械连接的钢筋直径的分类,结合现场初步调查,本次疲劳试验的钢筋直径初步拟定为三种:Φ16、Φ25、Φ32。
b、钢筋及套筒材料的参数
钢筋采用热轧带肋钢筋,屈服强度标准值为335MPa,弹性模量取2.0×105MPa。对镦粗、滚轧直螺纹接头的套筒采用45号优质碳素结构钢钢材,其屈服强度标准值为355MPa,弹性模量2.1×105MPa,泊松比0.31。对挤压套筒接头的套筒采用Q235钢材,其具有很好的延展性,屈服强度标准值为235MPa。
c、对每一种直径的钢筋,均对相应的3种机械连接型式做疲劳试验。
本次疲劳试验的钢筋机械连接件共9种。对直螺纹接头而言,根据公称直径、螺距、中经及小径的不同又分为多种螺纹形式见表1,螺纹加工尺寸及精度满足《铁路钢筋混凝土机械连接技术标准》、《普通螺纹基本尺寸》GB/T 196、《普通螺纹公差》GB/T197。对挤压套筒而言,及套筒尺寸满足《铁路钢筋混凝土机械连接技术标准》要求。
d、接头的疲劳性能试验
螺纹连接的疲劳破坏是实际中最常遇到的破坏形式,1980年5.威尔荷姆(Wilhelm)研究了200例螺纹连接的失效,其中50%以上是疲劳破坏。大部分螺纹疲劳断裂发生在承力第一圈螺纹牙处,该处的螺纹的疲劳强度只有同直径光滑试件的1/8-1/2。对直接承受动力荷载的结构构件,接头应满足设计要求的抗疲劳性能。
疲劳试验在中国铁道科学研究院铁道建筑研究所结构实验室美国MTS-500KN电液伺服万能试验机上进行。
图为Φ25滚轧连接试件的疲劳试验 图为疲劳破坏的试件
e、不同直径钢筋接头螺距的确定
通过接头室内静力性能试验,分析试验数据结果,综合现场丝头加工的难易程度,对镦粗、滚轧连接接头的螺距进行优选,最终确定3种直径钢筋连接接头的最佳螺距:Φ16钢筋选2.0螺距为最佳螺距,Φ25钢筋选2.5螺距为最佳螺距,Φ32钢筋选3.0螺距为最佳螺距。
f、试验前对钢筋连接件处理
由于试验机夹具不能直接夹持带肋钢筋,试验前对夹持部分钢筋进行车圆处理。为保证试件的有效率,防止试件在夹持部破断,采用焊接应力消除设备对钢筋车圆变截面处进行锤击处理,以消除变截面处的集中应力。
g、疲劳性能试验方法
常规试验的目的是,利用简便的方法来测定材料或构件的S-N曲线。所谓的S-N曲线就是应力与疲劳寿命对应关系的曲线。
采用常规试验方法进行试验时,一般由高应力水平开始,逐渐降低应力水平,记录在各级应力水平下的疲劳寿命,直到完成全部试验为止,即可确定一条通用的S-N曲线。
本次试验采用单点法,滚轧、镦粗直螺纹接头疲劳试验最大应力取300MPa,改变最小应力,进行拉-拉循环加载。挤压套筒连接接头疲劳试验最大应力取230MPa,改变最小应力,进行拉-拉循环加载,最终获得机械连接试件的疲劳S-N曲线。
3.钢筋连接件疲劳S-N曲线试验结果
3种直径钢筋3种接头连接方式的9组试件,每组各完成5个不同高应力幅的疲劳试验,试验结果见附表1。S―N曲线如下:
从疲劳试验S-N曲线图中,获得的回归曲线方程
log(σ)=3.38-0.21log(N)
可以推出,普通带肋钢筋机械连接试件满足118MPa应力幅,200万次循环荷载试验要求。
以下是试件高应力幅疲劳破坏型式图形:
图2.4.4 试件高应力幅疲劳破坏型式图
从试件的高应力幅疲劳破坏型式来看,源于滚轧直螺纹接头的接头螺纹在滚压过程中发生滚压强化,它是利用钢的弹塑性性质使金属表面产生一个塑性变形层从而达到强化的目的,滚压后的变形层内由于形变造成很高的宏观残余压应力,在变形层内位错密度升高和位错组态的改变,以及螺纹根部圆角表面粗糙度的降低,使得螺纹在承受交变荷载时,疲劳强度大幅度提高。因此滚轧直螺纹连接接头的疲劳破坏大多是在第一圈承力螺纹牙处。
对于镦粗直螺纹接头,由于在冷作硬化后进行车螺纹加工过程,钢筋部分纤维组织在镦粗后被断裂,以及加工螺纹表面的粗糙度与套筒相近;而套筒材料强度比母材大,因此镦粗直螺纹连接接头的疲劳破坏都是在套筒端部的母材上。
对于挤压套筒的疲劳破坏形式来看,断口均在套筒某一端的最后一道压痕处的钢筋母材上,由于钢套筒在挤压过程中,挤压对套筒及母材产生的不利影响,容易在挤压处钢筋产生疲劳源,此疲劳源从钢筋横肋根部开始扩展,最后形成疲劳断口。
4.疲劳试验S-N曲线方程验证
为了验证回归曲线方程的正确性,按照《钢筋机械连接通用技术规程》规定(第3.0.8条),对直接承受动力荷载的结构构件,接头应满足设计要求的抗疲劳性能规定进行验证。当无专门要求时,对连接HRB335 级钢筋的接头,其疲劳性能应能经受应力幅为100N/mm2,最大应力为180N/mm2的200 万次循环加载。对连接HRB400 级钢筋的接头,其疲劳性能应能经受应力幅为100N/mm2,最大应力为190N/mm2 的200 万次循环加载。本次加工的试件普通带肋钢筋的母材全为HRB335,因此疲劳性能试验的应力幅为100N/mm2,最大应力为180N/mm2,进行对接头试件进行200万次循环加载的验证,试验结果,该3种直径3种连接方式的接头均满足应力幅为100N/mm2,最大应力为180N/mm2,200万次循环加载的要求,且试件未破坏。
5.总结
实验的结果表明: