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预应力混凝土用螺纹钢筋的研制开发_刘宝超

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ＴＩＡ

ＮＪＩＮ

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ＡＬＬＵ

ＲＧＹ

------------------------------------------------5结论5.1该试验工艺下生产的Z向钢质量优良，性能全部满足GB/T5313-1985厚度方向性能钢板标准要求，其中Z向断面收缩率平均值为65.8%，达到了较高的水平。说明天钢的现有设备条件，完全可以满足Z向钢开发和生产的需要。5.2生产Z向钢时，重点是控制钢中塑性MnS夹杂。首先应控制较低的S含量，减少钢中MnS夹杂的数量；然后采用钙处理工艺，实现塑性MnS夹杂的变性处理，使之变成球状不变形CaS类夹杂，提高钢的Z

向性能。生产Z向钢时，要注意控制钢中的氢含量和铸坯质量。

（收稿2011－07－13责编赵实鸣）

参考文献[1]刘晓美.Q345B钢Z向断面收缩率的研究[D].沈阳：东北大学硕士学位论文，2005：25.[2]杨阿娜，李自刚，季思凯.厚板Z向性能不合的夹杂物属性研究分析[J].宝钢技术，2007（2）：13~17.[3]李经涛，蔡庆伍，莫德敏.舞钢湿硫化氢环境用低合金高强度钢[J].宽厚板，2006（4）：13~20.[4]刘根来.炼钢原理与工艺[M].北京：冶金工业出版社，2004：148.[5]王攀等，范丽伟，刘勇，等.安钢抗层状撕裂性能钢工艺实践[J].河南冶金，2008（4）：36~38.

作者简介罗卓，男，2007年毕业于辽宁科技大学材料科学与工程学院冶金工程专业，现在天津钢铁集团有限公司技术中心炼钢研究室从事产品开发和炼钢工作。

性能屈服强度抗拉强度伸长率屈强比冲击功Z向断面收缩率Re/MPaRm/MPaA/%Re/RmAkv/Jψ/%范围330~42005~56525~320.64~0.74147~22042~71平均值368.8526.228.870.712196.565.8

表5试验炉次Z向钢的力学性能

预应力混凝土用螺纹钢筋的研制开发刘宝超刘桂华苏玲（天津钢铁集团有限公司棒材厂，天津300301）［摘要］介绍了PSB785预应力混凝土用螺纹钢筋中化学成分设计、孔型设计、控制冷却工艺等研制开发过程。试制结果表明，钢筋的外形尺寸、表面质量和力学性能均满足标准要求。在总结试制结果的基础上，通过进一步对化学成分调整和控制冷却工艺的优化，可以生产出PSB830级别的钢材。关键词精轧螺纹钢筋孔型化学成分力学性能控制冷却研制

1前言预应力混凝土用螺纹钢筋又名精轧螺纹钢筋，执行GB/T20065-2006标准，主要用于制造高强度、大跨度、钢筋用螺母连接方式的混凝土制品上，如核电站、水电站、桥梁、隧道、高速铁路等重点工程。根据其用途主要以覬25mm、覬32mm规格需求量为最大。精轧螺纹钢筋按屈服强度分为PSB785、PSB835、PSB930、PSB10804个级别，其特点是在整根钢筋上轧有外螺纹的大直径、高精度的直条钢筋。在整根钢筋的任意截面都能旋上带有螺纹的连接器进行连结，或旋上螺纹帽进行锚固。具有连接、锚固简便、张拉锚固安全可靠、粘着力强等特点，又因省掉焊接工艺避免了由于焊接而造成的内应力及组织不稳定等引起的断裂。天津钢铁集团有限公司根据市场需求，为了提升公司的核心竞争能力，由棒材厂开发了PSB785覬32mm螺纹钢筋。2产品主要技术指标2.1产品特点

精轧螺纹钢筋是一种热轧成带有不连续的外螺纹的直条钢筋，钢筋在任意截面处，均可用带有匹配形状的内螺纹的连接器或锚具进行连接或锚固。2.2外形、尺寸、重量允许偏差要求

2.2.1外形钢筋外形采用螺纹状无纵肋且钢筋两侧螺纹在同一条螺旋线上，外形如图1。

§〈新品研制开发〉§

预应力混凝土用螺纹钢筋的研制开发

７--2011年第4期

2.2.2尺寸见表1。2.2.3重量偏差精轧螺纹钢筋的重量允许偏差与国标热轧带肋钢筋相比，不按规格来分。钢筋按实际重量或理论重量交货，钢筋实际重量与理论重量的允许偏差应不大于规定的理论重量的±4%。2.3性能要求钢筋的力学性能要求见表2。精轧螺纹钢筋筋与国标螺纹钢筋相比，具有如下特点：（1）截面面积变大，成品孔型基圆及横肋形状（等高肋）都需要改动；（2）各参数尺寸无论是内径、间距还是横肋高尺寸范围都小，要求严格；（3）钢筋外形无纵肋，且横肋在同一螺旋线上，要求成品架次的某一轴能前后调整，加大各道次及成品架的调整难度；（4）性能要求高，主要体现在屈服、抗拉强度高，工艺上得采用微合金化加轧后余热控冷处理；（5）钢筋端部要求平齐，不影响连接器通过，得离线锯切，并倒棱；（6）调整难度大，生产效率低。3工艺设计3.1覬32mm精轧螺纹钢筋的工艺流程150mm×150mm连铸坯→加热→6架粗轧→1#剪切头尾→4架中轧→2#剪切头尾→4架精轧→水箱冷却→3#剪切倍尺→冷床冷却→4#剪切定尺→打捆→挂牌→收集→堆垛→拆包→锯切→倒棱→打捆→称重→挂牌→入库3.2化学成分

精轧螺纹钢筋，国家标准中未给定化学成分，结合我厂棒材生产线工艺装备的能力，设计化学成分。采用微合金化技术，在钢中加钒合金，利用钒与碳化物、氮化物形成的碳氮化矾的细晶粒化和沉淀强化的作用[1]，提高钢的屈服强度、抗拉强度，使钢获得良好的性能。采用的钢种为40Si2Mn，设计V量为：≤

0.15%；Si：1.2%~2.0%；Mn：0.5%~1.5%。C：控制在0.50%以下，S、P：≤0.045%。3.3轧制工艺

3.3.1孔型设计[2]

（1）成品孔型基圆设计见图2。

精轧螺纹钢筋与国标螺纹钢筋相比，横截面积稍大，以覬32mm规格为例，理论截面面积比公称截面面积大42.3mm2，可以认为这部分是由于内径造成的，因为肋的面积只占总面积的7%左右。轧槽高度：Hk取内径高度32mm；即半径R为16mm。轧槽宽度：Bk=（d+（0.5-1.0）×δ+）×（1.011-1.015

）

=(32+0.52×0.5)×1.013=32.68mm式中：d———公称直径；

级别屈服强度抗拉强度伸长率最大力下总伸长Rel/MPaRm/MPaA/%Agt/%PSB785≥785≥980≥7≥3.5

表2PSB835力学性能

dvL

bh90°

dha

图1钢筋表面及截面

3232.68R223

0

°

图2覬32mm精轧螺纹成品孔型示意图

规格基圆直径/mm横肋/mm底宽/mm螺距/mm导角mmdhdvhbla3232±0.532+0.42±0.47.0±0.516±0.38±0.3-1.2

表1钢筋尺寸要求

§〈新品研制开发〉§８--ＴＩＡ

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δ+

———正公差。由于标准中对无纵肋要求严格，为避免在轧制过程中的钢温及张力影响使得尺寸超差，成品孔设计成带30°扩张角的圆弧连接。设计辊缝值为3mm。p=arctanBk-2Rcosθ2Rcosθ-S（1）式中：ρ———侧角；Bk———轧槽宽度；R———基圆半径；θ———扩张角；S———辊缝值。将数据带入（1）式中，求得侧角ρ为20.91°，此值小于30°扩张角，按（2）式确定扩张半径值R1。R1=2Rcosθ-S4cospsin（θ-p）（2）将数据带入（2）式中，求得扩张圆弧半径为22mm。（2）成品横肋及横肋间距设计横肋为等高肋，考虑到负公差、旋入螺母以及轧槽的使用寿命等问题，选横肋高度尺寸为2.4mm。与国标螺纹钢筋不同，精轧螺纹钢筋给出底宽的要求，对顶宽无要求，原则上底宽太大容易造成横肋充不满，太小造成横肋瘦不能保证与连接器连接后的锚固力。底宽根据标准选择6.7mm，横肋斜角根据标准强制选择45°，螺纹根弧根据标准取2mm（减小应力集中）。横肋间距参数：精轧螺纹钢筋偏差（±0.3mm）比国标螺纹钢筋偏差（±1mm）标准要求更加严格，因为精轧螺纹钢筋要旋入锚具或连接器，且于之配合间隙均匀。国标螺纹钢筋横肋间距范围大，可大可小，精轧螺纹钢筋横肋间距范围小。根据国标螺纹钢筋的生产经验，以及对前滑的考虑，按前滑率为6.25%计算间距为15mm。或者按以下公式计算：N=D×π/L式中：N———横肋个数；D———轧辊外径；L———轧辊外圆间距（既考虑前滑又考虑横肋间距不能超标准，取L为16.26mm）。当D最大为380mm时，求得N等于73.42个；将N取整为72时，求得轧辊外径D为372.65mm。根据深为14.5mm，求得轧槽底部内间距为14.996mm，与经验值15mm相吻合。故将横肋均匀分布在轧辊上。分布在轧辊上得出

初次使用的轧辊直径为372.65mm，共72条横肋，铣肋间距为15mm。（3）成品前孔的设计由于精轧螺纹钢筋的成品孔面积比国标螺纹钢筋的成品孔大42.3mm2，故应该对精轧螺纹钢筋的成品前架孔型（17#）进行调整，以保证精轧螺纹钢筋的成品架次有足够的压下量及充满度，但还不能出纵肋。所以，仍然采用双椭孔型，但是面积要加大。主要变化如下：将原来的槽口宽度加大5.23mm，孔型高度缩小0.3mm。最终使得红坯面积比国标螺纹红坯面积大23mm2，对16#与18#架次红坯尺寸起到衔接过度的作用。孔型见图3。

（4）延伸孔型的选择延伸孔型基本上与国标螺纹共用，第1~4架选择箱形孔型系统，第5~16架采用椭圆-圆孔型系统，轧机采用平-立交替布置，使轧制过程实现无扭轧制。1~

6架采用微张力轧制，10~18架采用活套无张力轧制。3.3.2现场成品架次的调整精轧螺纹钢筋轧制的最大难点是对成品架次调整，因为既要保证所轧出的成品的外形符合国标要求，又要使成品能顺利旋入锚具和连接器，这就要求钢筋两面既不能“错辊”，又不能“错牙”。错辊可以和调整圆钢一样，通过测量小样或成品的左右双肩尺寸，通过轧机的轴向调整螺丝来向上或向下调整。错牙则通过调整成品轧机外侧的连接轴实现。外侧的连接轴采用无级变速液压锁紧轴，成品过小样后，测量成品小样左右牙相互错动的距离，根据此距离，顺时针或逆时针调整外侧轴位置，使左右牙首尾相连，以便使所轧成品能顺利旋入连接器或锚具。具体有两种方法：一是凭借调整工经验，在调整轴时看里外轧辊的横肋牙位置来调整；二是借助工具，测量左右牙错动的距离根据以下公式推算出外轴所需要调整的尺寸。L=(d/D)×X

5626.3R44.3

图3覬32mm精轧螺纹成品前孔型示意图

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预应力混凝土用螺纹钢筋的研制开发

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澳标500N高强钢筋的研制

澳标500N高强钢筋的研制


５Ｊ （ ≤Ｏ ２ ≤Ｏ ００ ≤０ ０ ０ ≤０ ４ ５ Ｏ一 ５ ≥ １０ ０ ．２ ．５ ．５ ．４ ０ ６０ ．８
注 ： 当量 ： ｅ ＝Ｃ＋Ｍ ｌ ６＋（ ＋Ｃ ＋Ｍｏ １ ５＋（ ｊ 碳 Ｃｑ ｎ／ Ｖ ｒ ）／ Ｎ ＋ ｕ １１ 。 Ｃ ）／ ５
拉伸试 验按 Ａ ３ １— ０ ７澳 大利亚 标准金 属 Ｓ１９ ２ ０ 材 料室 温 拉 仲试 验方 法 ， 曲试 验按 Ｇ ３ Ｔ ３ 弯 Ｔ ／ ２ ２金 属 材料弯 曲试验方 法 ， 曲角度 为 １０ 。 弯 ８ 。
协同合作最终开发出了满足澳标／ 新标 ４７ ： ０ ６ １２ １ ０ 标 准要求 的澳标 ５０ ０ Ｎ高强钢 筋 。
定尺长度 （Ｌ ） ｎ
Ｌ ｎ≤ ７． ０ｍ
定尺长度的允许偏差
＋０，－ ０ｒｍ ４ ａ
十４ ｏ．～４ ０ｍｍ
４６ － ０，一４ ａｍ ０ｒ
１ 标 准要 求
１ １ 钢 筋化 学成分及 性能 要求 ． 标准规定 ５ ０ ０ Ｎ钢筋 的化学 成 分和 力 学性 能见
莱钢 科技
２１ ０ １年 ８月
换形式 存在 于铁 素体 晶界 上 ， 可增加 位错 抗力 ， 高 提
钢材 的屈服 强度 ； 合金 Ｖ能 与 Ｃ、 微 Ｎ结合 成碳 氮 化 物， 在低 温 时起 到析 出强化 作 用 … ； Ｖ在 钢 中可控 制 应变 时效 ， 降低 钢 的脆性 转变 温度 ， 使强 度 与韧性 更 好 的配合 ］ 。综 合 考 虑 上 述 因素 ， 标 ５ ０ 的 内 澳 ０Ｎ
处 除外 ） 。钢筋横 肋在 横 断面 上 的投 影应 超过 由公
美标 、 韩标 、 日标 等 国外标准 钢筋 的能力 。经 过市场 调 研得 知澳大利 亚每 年需 进 口澳 标 钢筋 ５ ０—６ ０万 ｔ经济效 益与 国内相 比也 有较 大 的优 势 。为 了加 强 ， 莱 钢新产 品 的开 发 、 占领 澳标 螺纹钢 市场 ， 大限度 最 提 高莱钢螺 纹钢 产 品 的市场 竞 争 力及 盈 利 空 间 ， 公
精轧螺纹钢-自锁锚杆预应力体系试验研究

精轧螺纹钢-自锁锚杆预应力体系试验研究


１ 在现 有的桥台上钻孔是否能达 到钻孔精 度 ， ） 以避开混凝 土
创新之处 在于 ： 固端采 用扩 孔 自锁锚 头 ， 锚 而张 拉端 采用 常规 锚 中已有的受力钢筋 ； ） ２ 预应 力锚 杆长 度很长 ， 部扩 孔 和 自锁 是 端 具 。其工 作原理如下 ： 精轧 螺纹 钢 的锚 固端 加 工成 锥形 ， 上 否能够顺利进行 ；） 轧 螺纹 钢 筋强 度 高 ， 根设 计 预拉 力 大 ， 将 套 ３精 单 扩胀套筒 ， 将锚杆 插入底 部 扩有锥 形 头的混 凝 土孔 内 ， 上套 管 自锁锚头 能否满 足张拉要 求 ；） 种新 型 的预 应力 体 系是 否 有 套 ４这 锤击扩 胀套筒 ， 使锚杆 底端 的套筒 形 成锥 面胀 开 ， 而使 其 与孔 足够 的安全储备 。针对上 述 问题 ， 文 进 行 了实 验 室试 验 以及 从 本 底混凝 土锥面贴紧 ， 以达到 自锁 的 目的 。该装 置采用机械 咬合 现 场 试 验 。
ｉ ｇ ｄ ｓｒ ｙ ｄ ｎ ｅ ｔ ｅ ． ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ：ｈ Ｕ ｗ ｒ ｋ ｍａ ｏ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ，ｇ ａ ｓｆ ｅ ，ｒ ｉｆ ｒ ｅ ｎ ，ｓ ｅ － ｅ ｒ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｙ ｗｏ ｄ ｏ ｏ ｂ ｃ ｓ ｎ ｙ ｓｒ ｃｕ ｅ ｌｓ ｂ ｒ ｅｎ ｏ ｃ ｍｅ ｔ ｈ ａ ｂ ａｉ ｈ ｎｈ ｉ ｕ ｄｎ ｃ ｎｅ ｃｄｍ （ ｒｕ ）Ｃ． Ｌｄ Ｓ ａｇ ａ ０ ０ ２ Ｃ ｉ ； １Ｓ ａｇ ａ ｉ ｉｇＳｉ ｃ Ａ ａ ｅ ｙ Ｇｏｐ ｏ ， ｔ， ｈｎ ｈ ｉ ０ ３ ， ｈｎ Ｂ ｌ ｅ ２ ａ
２ Ｓ ａｇ ａ Ｍａ ｒ ａｏａｏ ｅ ￣ｇｎｅｉ ｔ ｃ ｒ Ｔｃｎｌ ｙ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ３ ， ｈｎ ） ． ｈ ｎ ｈｉ ｊ Ｌ ｂｒｔｙｏ ｗＦ ｉ ｒ ｇＳｒ ｔ ｅ ｅｈｏｏ ， ｈ ｎｈ ｉ ０ ０ ２ Ｃ ｉ ｏ ｒ ｆＮ ｅ ｎ ｕｕ ｇ ａ
中强度预应力HR钢棒在混凝土中的锚固试验及可靠度

中强度预应力HR钢棒在混凝土中的锚固试验及可靠度


3
可靠度分析
在锚固设计中， 为了使 锚 固 可 靠 度高 于构 件 截 面
强 度 的 可 靠 度， 还 需 要 采 用 附 加 的 可 靠 度 β0 ( β0 = 1. 57 ) ， 此可 靠 度 指标 是 锚 固 设 计 中 确 定 锚 固 长 度设 2. 0 之间， 近似取锚固抗力 R 和 作用效应 S 均服从对数正态分布， 因此， 采用中心点法 进行锚固极限状态的可靠度分析， 中心点法计算简单， 且精度能够满足工程应用的要求 3. 1 锚固的极限状态方程 锚固极限状态下的平衡条件为 F u = πdl τ u Fu = π 2 d fy 4
1. 99 ˑ 10 5 2. 09 ˑ 10 5 2. 11 ˑ 10 5 1. 96 ˑ 10 5 5. 80 8. 42 5. 85 6. 29
构件， 试验方案如表 2 所示。 在 WE-30 型液压式万能试验机上进行 锚 固 试 验， 《混凝土结构试验方法标准》 ( GB 50152 ― 92 ) 的 根据 要求分级加载; 试验构件加 载 端 设 计 50 mm 长 的 无 黏 结长度以避免局部 压 坏; 构 件所 受 的 拉 拔 力 由 油 压 表 记录; 构件加载端设置两个百分表测定其滑移， 构件自 由端 设 置 一 个 百 分 表 测 定 其 滑 移 ， 百 分 表 连 接 到 CM10 应变仪上用计算机记录每级的读数。
图3 图1 混凝土强度的影响
相对保护层厚度的影响
( 1) τ u = 10. 496 f t － 10. 814 2. 2 锚固长度的影响 B3 类 构 件 ( B3B3B3Ⅰ， Ⅱ， Ⅲ ) 和 C3 类 构 件 ( C3C3C3C3Ⅰ， Ⅱ， Ⅲ， Ⅳ) 共 7 组 28 个构件。 构 件 中保护层厚度 c 的 变 化 范围 为 45. 5 46. 5 mm， 襞裂 = 0 ， f 面配箍率 ρ sv 混凝 土 抗 拉 强 度 t 变 化 范围 为 2. 42 2. 88 MPa， 钢棒直径变化范围为 7 9 mm， 上述条件 基本相近， 考虑锚 固 长 度的 影响 ( 锚 固 长 度 l a 变 化 范 围为 70 270 mm ) 。 为 消 除 直径 和 混凝 土 强 度的 影 响， 考虑 相对 锚 固 长 度 l a / d 与 相对 黏 结 强 度 τ u / f t 二 者之间的相互关系。 试验结果表明， 当其他条件基本相同时， 最大相对 / f l 平均黏结强 度 τ u t 随着 锚 固 长 度 a 的增大 而 减 小， 这是因为当锚固长 度 较 大时， 高 黏 结应 力 区 段 相对较 小， 黏结应力沿锚固长度分布不均匀， 从而导致黏结锚 固强度减小。
钢筋混凝土材料力学性能

钢筋混凝土材料力学性能

钢筋混凝土材料的力学性能1．《规范》规定钢筋混凝土结构（包括预应力钢筋混凝土结构）中的钢筋有哪几种，其等级如何？答：《规范》规定钢筋混凝土结构（包括预应力钢筋混凝土结构）中的钢筋有以下几种：（1）热轧钢筋：是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成，包括光圆钢筋和带肋钢筋。

等级分为HPB235级，HRB335级，HRB400级，HRB500级。

（2）余热处理钢筋：热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部自身余热完成回火处理所得成品钢筋。

钢筋混凝土中常用RRB400级。

（3）热处理钢筋：是将热轧钢筋在通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。

热处理后钢筋强度能得到较大幅度的提高，而塑性降低并不多。

常用的有三种，分别是40Si2Mn，48Si2Mn，45Si2Cr。

（4）冷轧带肋钢筋：采用强度较低、塑性较好的普通低碳钢或低合金钢热轧圆盘条作为母材，经冷轧减径后其表面形成二面或三面有月牙肋的钢筋，根据其力学指标的高低，分为LL550，LL650，LL800三种。

《规范》规定预应力混凝土结构中用的钢丝按外形有下列几类：（1）光面钢丝（消除应力钢丝）：用高碳镇定钢轧制成圆盘后经过多道冷拔，并进行应力消除矫直回火处理而成。

（2）刻痕钢丝：在光面钢丝的表面上进行机械刻痕处理，以增加与混凝土的粘结能力。

（3）螺旋肋钢丝：是用普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条作为母材，经冷轧减径在其表面形成二面或三面有月牙肋的钢丝。

（4）钢绞线：是由多根高强钢丝捻制在一起，并经低温回火处理清除内应力后制成。

可分为2股、3股、7股3种。

2．上述种类钢筋的受力和变形有何特点？答：在上述钢筋种类中，热轧钢筋为软钢，其应力-应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率比较大；冷轧带肋钢筋、热处理钢筋、光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋形钢丝及钢绞线均为硬钢，它们的应力-应变曲线没有明显的屈服点，伸长率小，质地硬脆。

从各级热轧钢筋和光面钢丝的应力-应变曲线中可以看出：随着钢材强度的提高其塑性性能降低，HPB235级钢筋有较好的塑性，但强度较低，碳素钢丝虽强度很高，但塑性较差。