朱正國，梁 柱，高云河

（南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530008）

鋼筋端彎頭調(diào)直器的研究和應(yīng)用

朱正國，梁 柱，高云河

（南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530008）

豎向鋼筋的連接采用電渣壓力焊時，鋼筋端部彎頭的存在易造成質(zhì)量缺陷。為此，利用軸承鋼Gcr15的高強(qiáng)高硬特性，結(jié)合鋼筋端部彎頭的處理方法，進(jìn)行了調(diào)直器夾片的數(shù)值模擬分析和研究，設(shè)計并研發(fā)出了一種鋼筋端部彎頭調(diào)直設(shè)備。通過試驗驗證，該設(shè)備具有一定的工程應(yīng)用和推廣價值。

鋼筋端彎頭；彎頭調(diào)直；電渣壓力焊

豎向鋼筋電渣壓力焊，由北京市第一通用機(jī)械廠開發(fā)研制成功，1992年被建設(shè)部列為科技成果重點推廣項目。該技術(shù)是在施焊的鋼筋上通以強(qiáng)電流，電流放熱熔化鋼筋端頭，經(jīng)頂壓成型。整個焊接過程是在埋弧焊劑的保護(hù)下進(jìn)行的。它是一種兼有埋弧焊、電渣焊、壓力焊三種工藝特點的綜合性焊接方法，焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠、施焊速度快、接頭成本低、工人勞動強(qiáng)度低的特點。與傳統(tǒng)的電弧焊比較，可節(jié)約豎向鋼筋用量30%、節(jié)省電能80%左右。該技術(shù)適用于建筑施工中對接直徑φ14～φ40 mm的鋼筋，尤其適用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的高層建筑。在全國眾多工程應(yīng)用中，經(jīng)濟(jì)效果顯著，如圖1所示。

圖1 鋼筋電渣壓力焊現(xiàn)場工作情形

但是，現(xiàn)場施工中有很多不利因素，導(dǎo)致焊接取樣試驗不合格。加倍取樣復(fù)試仍然不合格。其中一個主要因素是連接鋼筋的端部經(jīng)常出現(xiàn)彎頭，因不容易調(diào)直彎頭就直接用于電渣壓力焊的連接。

1 研究背景

1.1 電渣壓力焊的質(zhì)量缺陷主要原因

豎向鋼筋采用電渣壓力焊時常見焊接缺陷[1]及消除措施[2]如表1所列。

表1 電渣壓力焊常見焊接缺陷及消除措施

從表中可以看出，有三項消除焊接缺陷的措施是針對鋼筋端部有彎頭的現(xiàn)象?？梢婁摻畹亩瞬繌濐^造成的焊接質(zhì)量缺陷不容忽視。中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》（JGJ 18—2003）[3]中的4.5.5條[2]明確規(guī)定：鋼筋采用電渣壓力焊焊接時，上下兩根鋼筋軸線應(yīng)在同一直線上；4.5.6條規(guī)定在焊接生產(chǎn)中焊工應(yīng)進(jìn)行自檢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏心、彎折、燒傷等焊接缺陷時，應(yīng)查找原因和采取措施，及時消除。但是，若被連接的鋼筋端頭出現(xiàn)彎頭（如圖2中（a）（b）所示），如果不提前處理，連接后彎頭處極易出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問題，且不滿足規(guī)范驗收要求。

圖2 鋼筋端電渣壓力焊連接不合格情形

1.2 鋼筋端部彎頭產(chǎn)生原因

普通鋼筋下料切斷時多采用鋼筋切斷機(jī)。如圖3所示，當(dāng)鋼筋處于切斷機(jī)的固定刀片和沖擊刀片之間時，沖切瞬間，若兩刀片之間的間隙超過0.5 mm，在鋼筋切斷部位便會出現(xiàn)馬蹄形的彎頭。而且直徑在φ12～φ20 mm范圍內(nèi)的鋼筋出現(xiàn)彎頭的現(xiàn)象較頻繁。主要原因是，刀片合攏時，間隙稍大就會導(dǎo)致鋼筋既受剪，又受彎，形成彎剪破壞，從而造成鋼筋的端部彎折成馬蹄形。另外，刀片刀口直角，長期沖切會造成直角鈍化成圓弧，更加容易造成彎頭的出現(xiàn)。

圖3 鋼筋切斷機(jī)切斷鋼筋示意圖

1.3 目前的處理方法和弊端

（1）經(jīng)常性地調(diào)整鋼筋切斷機(jī)的兩片刀口的縫隙距離，規(guī)定不超過0.5 mm，盡可能縮小彎頭的范圍；缺點是：鋼筋切斷機(jī)刀口的縫隙距離難以控制，彎頭的出現(xiàn)具有不確定性。

（2）鋼筋采用電渣壓力焊焊接之前，采用乙炔焰或砂輪切割機(jī)、切掉彎頭，并保證鋼筋端頭平整。缺點：費工、費料，并縮短了鋼筋的有效尺寸。

（3）豎向鋼筋采用直螺紋套筒連接或套筒擠壓連接，這兩種方法雖然能保證鋼筋的連接質(zhì)量，但比電渣壓力焊連接鋼筋要費工、費料，連接材料和人工費用成本高出電渣壓力焊成本50倍以上。

（4）用氧焊或砂輪切割機(jī)切掉彎頭，那樣會造成鋼筋尺寸縮短，并消耗不少的機(jī)械和人力以及造成材料的浪費。

2 研究思路

2.1 研究目標(biāo)

本文旨在研究一種簡易適用的手動機(jī)械裝置，能將鋼筋端部3 cm范圍內(nèi)的“馬蹄形”彎頭調(diào)直，解決建筑工程施工中，豎向鋼筋在使用電渣壓力焊的連接時，因鋼筋端部經(jīng)常出現(xiàn)彎頭而導(dǎo)致連接質(zhì)量下降和施工成本增大的問題，填補(bǔ)國內(nèi)建筑施工行業(yè)中鋼筋端部彎頭調(diào)直這項技術(shù)空白。

2.2 造型設(shè)計及工作原理

鋼筋彎頭調(diào)直器的設(shè)計模型如圖4所示，是一種可調(diào)直鋼筋端彎頭的簡易液壓裝置。其包括限位框2，限位框2內(nèi)層焊接有油缸10，油缸10上依次連接有活塞7、導(dǎo)向板6和復(fù)位彈簧5，復(fù)位彈簧5與限位框2相連接，導(dǎo)向板6上還設(shè)置有活動夾片3，限位框2內(nèi)側(cè)通過燕尾槽嵌有固定夾片4，活動夾片3上設(shè)置有第一凹槽12，第一凹槽12內(nèi)設(shè)置有凸起11，固定夾片4內(nèi)設(shè)置有第二凹槽13，第一凹槽12和第二凹槽13形成用于盛放可調(diào)直鋼筋的空腔；油缸10上還設(shè)置有復(fù)位油嘴8和工作油嘴9.

圖4 可調(diào)直鋼筋端彎頭的簡易液壓裝置

復(fù)位彈簧5設(shè)置有兩個，活動夾片3設(shè)置于兩復(fù)位彈簧之間，主要作用是使導(dǎo)向板能與活塞同時進(jìn)退。限位框2上設(shè)置有手柄1.手柄1為長條形或者U型。

利用手動的雙回路液壓裝置通過工作油嘴9向調(diào)直器油缸10供油，推動活塞7和活動夾片3，對置放在固定夾片4和活動夾片3之間的鋼筋彎頭產(chǎn)生反向擠壓和微彎，并抵消其卸載后的鋼筋彎頭的變形回彈，從而使彎頭達(dá)到調(diào)直目的，如圖5所示。之后，調(diào)節(jié)雙回路液壓裝置供油轉(zhuǎn)換開關(guān)，油從復(fù)位油嘴8進(jìn)入，推動活塞7將油從工作油嘴9流回雙回路液壓裝置中，使活塞7帶動復(fù)位彈簧5和導(dǎo)向板6復(fù)位。

圖5 鋼筋彎頭調(diào)直器的調(diào)直原理

其中，活動夾片3和固定夾片4可以根據(jù)鋼筋彎頭的直徑以及彎曲程度選擇不同的內(nèi)口形狀。

2.3 理論依據(jù)

2.3.1 人工手動調(diào)直可靠性分析

如圖5所示，將普通鋼筋彎頭置放于固定夾片和活動夾片之間，由活塞推動活動夾片與固定夾片產(chǎn)生擠壓。直徑28 mm的三級鋼筋，所需活塞推力僅需115 kN，折合11.5 t，若活塞采用70 mm的直徑，所需油壓29.87 MPa，而市場上常見的手動雙回路液壓泵最大手動壓強(qiáng)可達(dá)到70 MPa，完全滿足要求。表2為不同直徑的鋼筋彎頭調(diào)直所需要的液壓壓強(qiáng)。

表2 不同直徑的所需要的液壓壓強(qiáng)

2.3.2 材料強(qiáng)度分析

如圖4所示，除3-活動夾片，4-固定夾片采用軸承鋼Gcr15外，其余主要部分（包括限位框、活塞、油缸）全部采用16錳鋼制作。對于限位框（如圖6所示）、活塞、油缸只要截面尺寸滿足，受力和變形均不是問題。

圖6 限位框平面尺寸（厚度35單位：mm）

關(guān)鍵部位在于兩個夾片處的受力分析，因為此部位與鋼筋接觸面小，應(yīng)力集中，所以本文采用Ansys有限元軟件輔助分析[4]，以調(diào)直直徑28 mm的三級鋼筋彎頭為例，根據(jù)兩個夾片的受力情況，在Ansys中用Solid45單元建模。分析結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 3-活動夾片的應(yīng)力分布情況

圖8 4-固定夾片的應(yīng)力分布情況

由此可以看出，調(diào)直直徑28 mm的III級鋼筋，活動夾片產(chǎn)生的最大擠壓應(yīng)力為962 MPa，最大變形0.0496 mm，固定夾片產(chǎn)生的最大的擠壓應(yīng)力為1 570 MPa，最大變形0.0729 mm.夾片的材料是軸承鋼Gcr15，硬度在HRC40以上，抗彎強(qiáng)度2 400 MPa，三向軸心抗壓強(qiáng)度在3 500 MPa以上，所以完全滿足調(diào)直直徑28 mm鋼筋的彎頭所需的強(qiáng)度和剛度要求，而且還有富余。

3 試驗結(jié)果

根據(jù)以上設(shè)計尺寸和理論分析，研制了第一臺鋼筋端部彎頭調(diào)直設(shè)備，并結(jié)合一臺手動雙回路的液壓泵，對多根端部帶彎頭的鋼筋進(jìn)行了調(diào)直試驗，效果非常理想。手動操作簡單，省時省力。如圖9所示，是對一根直徑18 mm的鋼筋彎頭調(diào)直的情形。從安裝到調(diào)直，僅用時15 s，沒有任何鋼筋損耗。

圖9 鋼筋彎頭調(diào)直前后對比

4 結(jié)束語

通過理論分析和實驗結(jié)果可以看出，該設(shè)備在無消耗，無損耗，僅憑人力情況下，能對建筑工地中常用的普通鋼筋端部彎頭進(jìn)行快捷、有效地調(diào)直，解決了豎向鋼筋采用電渣壓力焊時，因鋼筋端部彎頭而造成質(zhì)量缺陷的頑癥，而且大大降低了電渣壓力焊中鋼筋端部彎頭的處理成本，具有一定的工程應(yīng)用和市場推廣價值。

[1]王 建，陳 超．鋼筋電渣壓力焊的焊接缺陷及質(zhì)量控制[J].能源技術(shù)與管理，2007(1):83-84.

[2]王學(xué)東，王小軍.鋼筋電渣壓力焊接頭質(zhì)量問題分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)板），2001（3）：292-294.

[3]JGJ 18—2003《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[4]郝文化.Ansys土木工程應(yīng)用實例[M].北京：中國水利電力出版社，2005.

The Research and Application of the Reinforced Side Bend Straightening Machine

ZHU Zheng-guo，LIANG Zhu，GAO Yun-he
（Nanning College for Vocational Technology，Nanning Guangxi 530008，China）

Be used between the vertical reinforcing steel bar electroslag pressure welding，steel bar end elbow is easy to cause defects.Therefore，the use of Gcr15 bearing steel with high strength and high hard characteristics，combined with reinforcement end processing method of the bend straightening machine clamping piece of numerical simulation analysis and research，designed and developed a steel bar end bend straightening equipment.Through the test，the device has certain value of engineering application and promotion.

steel elbow；bend straightening；electroslag welding

TU688

B

1672-545X（2017）08-0051-04

2017-05-18

2013年廣西高校科研立項項目（立項編號：2013LX221）

朱正國（1978－），男，高級工程師，碩士研究生，研究方向：固體力學(xué)。