基于中性层原理的钢筋圆钢弯曲调整值计算_张植盛.pdf

Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期75文章编号：2095-6835（2023）03-0075-03基于中性层原理的钢筋圆钢弯曲调整值计算张植盛（广东白云学院，广东 广州 510000）摘要：在钢筋圆钢的弯曲成形工艺中，需计算弯曲后材料的长度变量，并标注钢筋圆钢的外包尺寸，计算运用材料的中性层原理，以及根据钢筋圆钢弯曲调整值和钢筋圆钢的弯折内弯直径，最后计算出钢筋展开长度（下料尺寸）。关键词：弯曲成形；弯曲调整值；钢筋圆钢下料长度；弯折角度中图分类号：TU755.32文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.03.022钢筋混凝土钢筋圆钢的弯曲成形工艺是钢筋加工的主要工艺之一，是在常温环境下，主要运用压弯、拉弯等不同的弯曲加工工艺方法，把钢筋圆钢弯曲成设计的不同形状和规格尺寸。由于弯曲后材料的长度是一个变量，在工程建设项目的工程造价计算和施工材料配料计算过程中，弯曲成形的钢筋工程量计算是工程造价和工程施工值得进一步研究的课题。1研究背景1.1计算目的钢筋的平法工程图纸中，钢筋圆钢的标注尺寸通常是标注钢筋圆钢的外包尺寸，由于钢筋圆钢弯曲后在弯曲处靠近弯曲半径圆心部分的材料收缩，远离弯曲半径圆心部分的材料延伸，根据材料的中性层原理，钢筋圆钢的中心线在弯曲过程既不收缩，也不延伸，中心线长度在弯曲过程中保持长度不变，钢筋圆钢其中心线的长度就是下料长度。由于根据工程图的中心线外包尺寸计算的量度尺寸大于中心线的长度（下料长度），在计算钢筋圆钢下料长度时，需要考虑钢筋圆钢的弯曲调整值，钢筋圆钢弯曲调整值指圆钢中心线外包量度尺寸与中心线长度尺寸直径的差值。通过钢筋圆钢的中心线外包量度尺寸计算出弯曲调整值，便可计算出钢筋圆钢的中心线长度，即可计算出下料尺寸，从而可以准确地计算出钢筋圆钢的工程量和工程造价。1.2计算依据以钢筋圆钢为例，根据 GB 500102010混凝土结构设计规范（以下简称“混凝土规范”）要求1，当纵向受拉普通钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，弯折和弯钩的形式如图 1 所示。（a）弯折（b）弯钩图 1弯折和弯钩的形式钢筋弯折的弯弧内直径应符合规定2，当钢筋弯折角度为 90、弯钩角度为 135时，钢筋圆钢的弯折内弯直径为 4D（即圆钢直径 D 的 4 倍）。根据混凝土规范，以下钢筋圆钢弯曲调整值计算中以圆钢为例，以圆钢弯折内弯直径为 4D 进行计算。1.3计算参数计算参数如下：D 为钢筋圆钢直径，mm；R内为弯折或弯钩钢筋圆钢内圆半径，mm；R中为弯折或弯钩钢筋圆钢中心线过渡圆半径，mm；B 为钢筋圆钢中心线外包尺寸，mm；C 为钢筋圆钢中心线过渡圆切线DD内弯直径=4D内弯直径=4D科技与创新Science and Technology&Innovation762023 年 第 03 期长度，mm。弯曲调整值=钢筋圆钢中心线外包尺寸钢筋圆钢中心线（包括过渡圆弧）展开长度。2钢筋圆钢弯曲调整值计算2.1弯折角度为 90的弯曲调整值计算钢筋圆钢弯折 90的示意图如图 2 所示。钢筋圆钢的弯折内弯直径为 4D，R内=4D/2=2D，则 R=4D/2+D/2=2.5D。90的圆心角所对的弧长为 2R中90/360=R中/2=2.5D/2=1.25D，由于 C=R中，所以弯曲调整值=2R中1.25D=22.5D1.25D1.075D。图 2钢筋圆钢弯折 90示意图2.2弯折角度为 45的弯曲调整计算钢筋圆钢弯折 45的示意图如图 3 所示。钢筋圆钢中心线过渡圆切线长度C=R中tan22.5=2.5D0.414 2=1.036D。45的圆心角所对的中心线弧长为 2R中45/360=22.5D/81.962 5D，所以弯曲调整值=2C1.962 5D=21.036D1.962 5D=0.109D。图 3钢筋圆钢弯折 45示意图2.3弯钩角度为 135的弯曲调整计算钢筋圆钢弯钩 135的示意图如图 4 所示。钢筋圆钢中心线过渡圆切线长度 C=R中/tan22.5=R中/0.414 1=2.5D/0.414 16.036D。135的圆心角所对的中心线弧长为 2R中135/360=0.75R中=0.752.5D5.89D，所以弯曲调整值=2C5.89D=26.036D5.89D=6.182D。图 4钢筋圆钢弯钩 135示意图3实例说明根据以上计算结果，弯折角度为 90、45和弯钩角度为 135的弯曲调整值如表 1 所示。表 1弯曲调整值弯折和弯钩角度弯折 90弯折 45弯钩 135弯曲调整值1.075D0.109D6.182D钢筋圆钢弯折 90和 45时弯曲调整值计算实例如图 5 所示。从图中可以看出，当钢筋圆钢弯折 90时，已知钢筋圆钢中心线外包尺寸 B 为 68 mm，钢筋圆钢直径 D 为 22 mm，由于弯曲调整值=1.075D=1.07522=23.65 mm，则钢筋展开长度（下料尺寸）=2B弯曲调整值=26823.65=112.35 mm；当钢筋圆钢弯折45时，已知钢筋圆钢中心线外包尺寸 B 为 45 mm，钢筋圆钢直径 D 为 22 mm，由于弯曲调整=0.109D=0.10922=2.398 mm，则这段钢筋展开长度（下料尺寸）=2B弯曲调整值=2452.398=87.602 mm。钢筋圆钢弯钩 135时弯曲调整值计算实例如图 6所示。从图中可以看出，当钢筋圆钢弯钩 135时，已知钢筋圆钢中心线外包尺寸 B 为 153 mm，钢筋圆钢直径 D 为 22 mm，由于弯曲调整值=6.182D=6.18222=135.96 mm（取 136 mm），则这段钢筋展开长度（下料尺寸）=2B弯曲调整值=2153136=170 mm。（a）钢筋圆钢弯折 90R中R内=4D/2B=68R中DR内=4D/2B=68R内=4D/2R中CDR中R中R中R内=4D/2DCScience and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期77（b）钢筋圆钢弯折 45图5钢筋圆钢弯折 90和45时弯曲调整值计算实例（单位：mm）图 6钢筋圆钢弯钩 135时弯曲调整值计算实例（单位：mm）钢筋混凝土梁纵向钢筋弯曲调整值计算实例如图7 所示。从图中可以看出，当梁纵向钢筋两端弯折 90时，已知钢筋圆钢中心线外包尺寸 B1为 250 mm，B2为 3 985 mm，钢筋圆钢直径 D 为 16 mm，B总（钢筋圆钢中心线外包尺寸）=2250+398 5=4 485 mm。由于弯折角度 90时钢筋圆钢的弯曲调整值为 1.073D，则弯曲调整值=1.07316=17.186 mm，梁纵向钢筋两处弯折 90，则这段钢筋展开长度（下料尺寸）=B总2弯曲调整值=4 485217.186=4 450.628 mm。图 7钢筋混凝土梁纵向钢筋弯曲调整值计算实例（单位：mm）基于中性层原理的钢筋圆钢弯曲调整值计算，计算基准以钢筋圆钢中心线的展开长度，圆钢中心线弯折和弯钩半径 R=2.5D 为计算依据，根据已知的圆钢中心线的几何尺寸 B（B 如图 7 所示）计算出钢筋圆钢的弯曲调整值。4钢筋圆钢弯曲调整值计算的工程应用根据钢筋圆钢中心线外包尺寸 B 和钢筋圆钢直径D，计算出钢筋圆钢的下料长度。在钢筋的工程量和工程造价的工程应用中，通过钢筋工程图，计算出钢筋圆钢中心线的外包尺寸。根据以上实例的计算方法和步骤，通过外包尺寸与弯曲调整值之间的数学关系，可以计算出钢筋圆钢的展开长度（下料长度）。目前建筑工程的钢筋工程量计算以计算机软件计算为主，掌握了钢筋圆钢弯曲调整值计算钢筋工程量的计算方法，在计算钢筋工程量方面增加了手工计算的手段，可使钢筋工程量和造价的计算更加准确。在建筑工程钢筋下料施工方面，可以运用钢筋圆钢弯曲调整值的计算方法，在施工现场复杂的环境下，能及时准确地计算出钢筋圆钢的下料尺寸，为提高钢筋的施工质量和施工效率提供了技术支持。5钢筋展开长度计算下一步研究的方向以上钢筋圆钢弯曲调整值计算中，弯折或弯钩钢筋圆钢内圆半径 R内值的确定，是基于混凝土规范中弯折内弯直径为钢筋直径 4 倍确定的，则弯折和弯钩半径 R=2.5D。在钢筋圆钢的施工过程中，由于钢筋弯折和弯钩工艺多采用钢筋专用机械进行加工，钢筋加工机械的弯折半径不一定符合本文计算前提，如果弯折和弯钩半径 R2.5D，下料计算长度需要进行调整。关注钢筋圆钢弯曲调整值计算的研究方向，进一步研究弯折和弯钩半径在符合工艺要求的情况下，半径为变量时的弯曲调整值计算，计算结果可以满足钢筋加工的各种工况要求。6钢筋展开长度计算在钢结构方面的应用钢结构由钢板、型钢及焊接型钢等钢材制造，型材和管材的品种、规格、性能应符合国家现行标准3。钢结构可以通过螺栓连接，以装配式建筑的方式组合成复杂的空间结构，钢结构的特点是自重轻、塑性好、工业化程度高，是很多大型公共建筑特别是空间结构采用的结构形式。如钢结构的桁架结构采用钢管焊接而成，由于空间结构的造型需要，桁架结构需要设计成圆弧形状，组成桁架的钢管在施工的时候就需要进行弯曲加工。由于钢管的横截面是圆环状，其中性层在弯曲过程长度不变，所以弯曲加工的桁架钢管的下料翻样计算可以参考上文钢筋圆钢弯曲调整值的计算过程进行计算。很多工业厂房钢结构采用工字钢作为钢柱或者钢梁，由于工字钢横截面形状是对称图形，工字钢的中性层在弯曲过程长度也保持不变，弯曲加工的工字钢下料翻样计算也可以参考钢筋圆钢弯曲调整值的计算方法。（下转第 81 页）B=153RB=153R内B2=3 985B=50R中=4D/2B1=250R中R=4D/2B=50R内=4D/2B1=250Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期818 t/min，且铁口出不喷，应及时扩大钻头或缩短出铁时间间隔；炉温上行时应增加出铁间隔时间，适当缩小钻头，炉温下行时应缩短出铁间隔时间，适当扩大钻头。2.5.2倒铁口或单铁口出铁时的出铁组织一般主沟使用到周期（通铁量达 18 万 t 以上）就要倒备用铁口出铁。倒铁口是高炉生产中至关重要的一环，倒铁口和高炉的稳定顺行密切相关，成功的倒铁口可以使炉况保持稳定顺行，不成功可能会严重影响高炉顺行。倒铁口的关键是在最短时间把泥打进，恢复铁口泥包，保持铁口稳定深度，同时开好铁口，以避免出铁过程中跑大流、卡焦炭，排净渣铁，不影响堵口打泥，杜绝事故，把对炉况的影响减小到最低限度。近几年，由于 INBA 设备老化、管道腐蚀等影响，单边连铁频繁，增加单边铁口维护难度。长时间连铁，铁口泥包侵蚀亏损严重，容易造铁口过浅或跑大流，同时不能均匀排渣出铁，影响初始煤气流分布和炉缸均匀性。8 号高炉目前在倒铁口或短时间单边连铁的情况下，已经做到了不降压、不限氧和不减产，在同级别高炉中属于罕见。主要得益于充分准备和及时调整。倒铁口的第一次铁力争出够时间，尽可能多地带出不活跃区域黏稠渣铁，最大程度活跃铁口区域炉缸，堵口使用高强度倒口泥，且适当调整泥炮活塞速度，使铁口孔道致密，抗冲刷。单边连铁主要靠调整泥炮活塞速度控制铁口质量，在确保铁口深度的情况下尽量使铁口孔道致密，同时根据连铁次数调整钻头大小，确保每次出铁时间和出铁量。2.5.3限产时的出铁组织目前为满足铁钢平衡要求，高炉通过限氧和降压等措施控制产量的情况时有发生，因此出铁组织模式也频繁跟着调整。出铁间隔时间主要依据限产后的料速而定，钻头大小也做相应调整，出铁组织原则是每次出铁量在 1 000 t 以上，保证排渣时间，确保出净渣铁，不憋炉。切忌大幅度限氧，打乱出铁秩序。3总结综上所述，高炉生产是一项涉及综合调剂和管理的系统工程。要保证高炉长期高产、低耗，不单是要从原料、工艺、操作上改进和加强，更需要不断创新，不停探索，积极应对变化，不惧困难，不怕挑战。今后，原料供应、设备保障、铁钢平衡依然存在困难，应继续积极应对变化，强化自身操作，优化生产组织，创新调剂理念，稳定炉况，不断提高利用系数。同时不断摸索新的操