浅谈预应力混凝土结构中钢筋冷拉控制方法

浅谈预应力混凝土结构中钢筋冷拉控制方法一、研究背景在改革开放之前，建筑行业属于懵懂的状态，技术水平落后，到今天的科技化水准，虽然发展壮大很快，但是在实践中还是有它的缺陷，跨入21世纪以来，在国家领导的高度重视下，市场经济趋于完善，在大好的环境下，建筑施工队伍的高度整合迫在眉睫，其重点就是在各项管理上要突破创新，探索出新式的管理手段、管理方法，在生产力提高的情况下要使生产关系适应生产力的发展需要。

特别是近几年我国市场经济体制逐步走向完善的情况下，需要我们在实践中不断创新，努力探索有中国特色的现代建筑工程项目施工管理模式，以适应生产力发展，适应市场经济的需要，适应企业文化及品牌效应的提升。

而预应力混凝土结构中钢筋冷拉控制方法就是一个必不可少的研究话题。

二、预应力混凝土结构及相关知识1、预应力混凝土的概念及对构件施加预应力的原因所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或者钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。

对混凝土或者钢筋混凝土梁的受拉区预先施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载作用下不致开裂，或者推迟开裂，或者使裂缝宽度减小。

2、预应力混凝土的预加力施工方法施工方法有先张法，即先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。

还有后张法，是先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力钢筋并锚固的方法。

3、预应力混凝土结构对所使用的混凝土的要求强度要求：用于预应力结构的混凝土，必须抗压强度高。

《公路桥规》规定：预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C40。

而且，钢材强度越高，混凝土强度级别也相应要求提高。

只有这样才能充分发挥高强钢材的抗拉强度，有效地减小构件截面尺寸，因而可以减轻结构自重。

预应力混凝土结构的混凝土不仅要求高强度，而且还要求能快硬、早强，以便能及早施加预应力，加快施工进度，提高设备，模板等的利用率。

近年在预应力混凝土结构设计中，存在着采用高强混凝土的趋势，以使结构设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的目的。

高强混凝土，一般指采用水泥，砂石原料和常规工艺配制，添加高效减水剂或者掺加粉煤灰、磨细矿渣、F矿粉或者硅粉等活性矿物材料，使新拌混凝土具有良好的工作性能，在硬化后具有高强度、高密实性的强度等级为C50及以上的混凝土。

4、预应力混凝土结构所使用的预应力钢筋的要求（1）、强度要高。

预应力钢筋必须采用高强度钢材，这已从预应力混凝土结构本身的发展历史作了极好的说明。

（2）、有较好的塑性。

保证结构物在破坏之前有较大的变形能力，必须保证预应力钢筋有足够的塑性性能。

（3）、要具有良好的与混凝土粘结性能。

（4）、应力松弛损失要低。

与混凝土一样，钢筋在持久不变的应力作用下，也会产生随持续加荷时间延长而增加的徐变变形（称为蠕变），在一定拉应力值和恒定温度下，钢筋长度固定不变，则钢筋中的应力将随时间延长而降低，这种现象就是钢筋的松弛或者应力松弛。

预应力钢材发展的总要求是高强度、粗直径、低松弛和耐腐蚀。

三、钢筋冷拉控制方法及相关知识1、钢筋冷拉的概念钢筋冷拉是利用拉力机装置将I～IV级热轧钢筋在常温下强力拉伸至超过屈服点，但小于抗拉强度极限的某一应力，然后放松，钢筋经冷拉后长度伸长（2%～8%），强度提高（屈服点提高25%～30%）可大量节约钢材（约15%～30%），同时使开盘、调直、除锈、冷拉合成一道工序进行，简化施工工艺；设备简单，操作容易。

本工艺标准适用于冷拉II~IV级预应力筋和冷拉I级普通受拉钢筋。

钢筋冷拉是在常温下对热轧钢筋进行强力拉伸。

拉应力超过钢筋的屈服强度，使钢筋产生塑性变形，以达到调直钢筋、提高强度、节约钢材的目的，对焊接接长的钢筋亦检验了焊接接头的质量。

冷拉HPB235级钢筋多用于结构中的受拉钢筋，冷拉HRB335，HRB400，RRB400级钢筋多用作预应力构件中的预应力筋。

2、钢筋冷拉的作业条件（1）确定冷拉方案和有关冷拉技术参数。

（2）钢筋经检验机械性能符合设计和施工规范的要求。

（3）冷拉设备经检修、试用，测力工具经检测和复核，符合钢筋冷拉的要求。

3、钢筋冷拉的质量标准（1）保证项目冷拉钢筋使用的钢筋应有质量证明书和试验报告，钢筋的品种和质量应符合设计要求和有关标准的规定。

（2）基本项目A、冷拉钢筋的外表面不得有裂纹、起层和局部缩颈。

当用作预应力筋时，应逐根检查。

B、冷拉钢筋应分批检查力学性能，每批重量不大于10t（d≤12mm）～20t （d≥14mm），按规定作拉力（屈服强度、抗拉强度和伸长率）、冷弯试验，应符合冷拉钢筋的机械性能要求。

4、钢筋冷拉的成品保护（1）冷拉好的钢筋应轻抬轻放，避免抛掷，经过检查后应编号拴上料牌，分类整齐堆放备用，防止混淆和错用。

（2）钢筋冷拉后应防止受雨淋、水湿，因钢筋冷拉后性质尚未稳定，遇水易变脆、锈蚀。

5、钢筋冷拉的安全措施（1）钢筋冷拉装置及夹具应有足够的强度、刚度和安全系数，防止变形或拉断、倾倒。

（2）钢筋冷拉线两端（卷扬机前面和固定端后面）应装有可靠的安全防护装置。

（3）冷拉线两端头严禁站人。

冷拉时两侧严禁行人通过。

6、钢筋冷拉施工中的注意事项（1）冷拉前应对钢筋的炉号、原材料的质量进行检查，不同炉号的钢筋应分别进行冷拉，不得混淆。

（2）对不能分清炉号、批号的热轧钢筋，不应采取控制冷拉率的方法进行准冷拉。

（3）预应力钢筋应先对焊后冷拉，以免后焊因高温而使冷拉后的强度降低。

如焊接接头被拉断，可切去该焊区总长约200～300mm，重新焊接后再冷拉，但一般不超过再次。

（4）应根据冷拉钢筋长度以及端部状况，选好长度合适的钢筋拉杆和相应的夹具，以保证操作安全可靠。

如所拉的钢筋超过过去操作的规格或张拉力时，应进行计算，不得超过原有设备的能力。

7、钢筋冷拉控制的方法（1）冷拉应力控制法对抗拉强度较低的热轧钢筋，如拉到符合标准的冷拉应力时，其冷拉率已超过限值，将对结构使用非常不利，故规定最大冷拉率限值。

加工时按冷拉控制应力进行冷拉，冷拉后检查钢筋的冷拉率，如小于表中规定数值时，则为合格；如超过表中规定的数值，则应进行力学性能试验。

（2）冷拉率控制法钢筋冷拉以冷拉率控制时，其控制值由试验确定。

对同炉批钢筋，测定的试件不宜少于4个，每个试件都按规定的冷拉应力值在万能试验机上测定相应的冷拉率，取其平均值作为该炉批钢筋的实际冷拉率。

如钢筋强度偏高，平均冷拉率低于1%时，仍按1%进行冷拉。

由于控制冷拉率为间接控制法，试验统计资料表明，同炉批钢筋按平均冷拉率冷拉后的抗拉强度的标准离差σ约为15～20N/mm2，为满足95%的保证率，应按冷拉控制应力增加1.645σ,约30N/mm2。

因此，用冷拉率控制方法冷拉钢筋时，钢筋的冷拉应力比冷拉应力控制法高。

注：不同炉批的钢筋，不宜用控制冷拉率的方法进行钢筋冷拉。

多根连接的钢筋，用控制应力的方法进行冷拉时，其控制应力和每根的冷拉率均应符合表3-1的规定；当用控制冷拉率的方法进行冷拉时，冷拉率可按总长计，但冷拉后每根钢筋的冷拉率不得超过表3-1的规定。

钢筋的冷拉速度不宜过快。

8、冷拉和冷拔的区别冷拉和冷拔是金属冷加工的两种不同的方法，两者并非一个概念。

冷拉指在金属材料的两端施加拉力，使材料产生拉伸变形的方法；冷拔是指在材料的一端施加拔力，使材料通过一个模具孔而拔出的方法，模具的孔径要较材料的直径小些。

冷拔加工使材料除了有拉伸变形外还有挤压变形，冷拔加工一般要在专门的冷拔机上进行。

经冷拔加工的材料要比经冷拉加工的材料性能更好些。

钢筋冷拔时，钢筋同时经受张拉和挤压而发生塑性变形，拔出的钢筋截面积减小，产生冷作强化，抗拉强度可提高40～90％。

9、冷拉钢筋的质量标准（1）相同级别和相同直径的钢筋每20T为一批进行检验，每批钢筋外观经逐根检查合格后，再从任选的两根钢筋上各取一套试件，按照现行国家标准的规定进行拉力试验(屈服强度、抗拉强度、伸长度)和冷弯试验。

（2）如有一项试验结果不符合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）附录G.4所规定的要求时，则另取双倍数量的试件重做全部各项试验，如仍有一根试件不合格，则该批钢筋为不合格。

（3）钢筋冷拉后，其表面不得有裂纹和局部缩颈。

冷弯试验后，冷拉钢筋的外观不得有裂纹、鳞落或断裂现象。

10、钢筋冷拉操作流程：（1）拉前应设置防护，没有挡板时，应将卷扬机与冷拉方向成900，并且应用封闭式导向滑轮。

操作时要站在防护挡板后，冷拉场地不准站人和通行。

（2）拉钢筋要上好夹具，离开后再发开车信号。

发现滑动或其他问题时，要先停车，放松钢筋后，才能重新进人操作。

（3）冷拉钢筋要严格按照规定应力和伸长率进行，不得随便变更。

不论拉伸或放松钢筋都应缓慢均匀，发现机械或夹具有异常情况，应即停止张拉。

（4）冷拉扁钢筋机械要放置平稳，拉钢筋人员站在两侧操作，防止钢筋断裂因弹伤人。

（5）张拉设备的电气线路必须由电工安装，设备必须经验收合格后，挂牌使用。

钢筋冷拉的流程主要表现在以上方面，人们在进行钢筋冷拉时应当按照以上流程来规范操作，这样才能保证钢筋冷拉的质量和安全。

四、预应力混凝土结构钢筋冷拉控制在施工中应注意的问题1、在冷拉过程中需要注意以下几点：（1）冷拉应力的控制：对于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋和5号钢的钢筋，在冷拉后，作预应力钢筋使用的，要用冷拉应力控制。

但钢筋冷拉后经检查，最大冷拉率超过了规范规定值，还要再进行机械能实验。

（2）冷拉率测定控制要求：以冷拉率控制钢筋冷拉时，控制值要由试验确定。

试验测定时要求：同炉同批的测定试件，不能少于4个，每个试件都要按规范规定的冷拉应力测定相应的冷拉率，并取试件的平均值作为该炉该批钢筋的实际冷拉率。

如果钢筋强度偏高，平均的冷拉率低于1%时，在钢筋冷拉时，仍要按1%的冷拉率控制。

（3）不同炉批的冷拉控制：对于混杂，分不清炉批的钢筋，冷拉时，不能用冷拉率控制，而且要冷拉多根连接的钢筋，每根的冷拉率和控制应力都要符合规范规定。

（4）冷拉速度控制：要使钢筋充分变形，就要适当控制冷拉速度，一般以0.5——1.0为宜。

同时要求，冷拉到规定的应力和冷拉率以后，随即停拉2——3以后，再放松钢筋，结束冷拉，以给钢筋充分变形的时间。

2、施工操作工艺（1）钢筋冷拉工艺流程为：钢筋上盘→开盘→上夹→开始冷拉→观察控制值→停止冷拉→卸夹→堆放→时效→使用。

（2）钢筋冷拉所用控制方法有以下两种：A、控制应力法：是指冷拉钢筋时，其冷拉控制应力及最大冷拉率应符合表7—6的规定。

冷拉力N（N）可按下式计算：N=σcon×As式中σcon——钢筋控制应力（N/m㎡）见表7—6；As——钢筋冷拉前的截面面积（m㎡）。