第 3 章混凝土结构工程

第3章混凝土结构工程 3.1 钢筋工程 3.2 模版工程 3.3 混泥土工程

3.1钢筋工程 • 前言 • 一、钢筋的分类 (一）按外形分 1．光圆钢筋光圆钢筋是光面圆钢筋的意思，由于表面光滑，也叫“光面钢筋”，或简称“圆钢”。 2．带肋钢筋表面有突起部分的圆形钢筋称为带肋钢筋，它的肋纹形式有“月牙形”（图1）、“螺纹形”（图2）、“人字形”（图3）。钢筋表面带有两条纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。横肋的纵截面呈月牙形，且与纵肋不相交的钢筋称为月牙形钢筋。横肋的纵截面高度相等，且与纵肋相交的钢筋，称为等高肋钢筋，有螺旋纹和人字纹两种。（图2）（图3）

图 1 月牙形钢筋 图 2 螺旋纹图 3 人字纹

掌握钢筋按外形分类，对施工现场区别钢筋种类很重要。Ⅰ级钢筋 (HPB235级)表面都是光圆的，Ⅱ（HRB335）、Ⅲ级（HRB400）钢筋表面都是变形的（轧制成人字形）；Ⅳ级钢筋表面有一部分做成光圆的，有一部分做成变形的（轧制成螺旋形及月牙形）。（二）按钢筋直径分 1、钢丝 d=（3~5） mm 2、细钢筋 d=（6~12）mm 对于直径小于 12mm的钢丝或细钢筋，出厂时，一般做成盘圆状，使用时需调直。 3、粗钢筋d＞12mm 对于直径大于12mm的粗钢筋，为了便于运输，出厂时一般做成直条状，每根6~12m，如需特长钢筋，可同厂方协议。（三）按化学成分分

1、碳素钢钢筋：碳素钢钢筋是由碳素钢轧制而成。根据国家标准《普通碳素结构钢技术标准)(GB700—79)的规定，普通碳素结构钢按照厂方供应的保证条件分为下列三类：甲类钢——保证机械性能的钢；用符号A表示。乙类钢——保证化学成分的钢；用符号B表示。特类钢——既保证机械性能又保证化学成分的钢。用符号C表示。钢号愈大，含碳量也愈高，强度及硬度也愈高，但塑性、韧性、冷弯及焊接性等均降低。 2、普通低合金钢钢筋：普通低合金钢钢筋是在低碳和中碳钢的成分中加入少量元素(硅、锰、钛、稀土等)制成的钢筋。

其钢号及表示方法：普通低合金钢的钢号是按含碳量及含金元素的种类来表示的。最前的数字，表示平均含碳量的万分数，后面的化学元素名称为所加的合金元素，合金元素后面的数字表示合金元素的含量。当合金元素平均含量为 1．50％～2．49％、2．5％一3．49％、3．50％一4.49％时……，此数字须相应地写为2、 3、 4……，若合金元素平均含量在1．5％以下，则合金元素的后面不附加任何数字。如：“20 MnSi”读作20锰硅钢，表示含碳量在万分之二十，由锰硅两种合金元素组成，合金元素的平均含量小于1．5%的普通低合金钢钢筋。普通低合金钢筋的主要优点是强度高，综合性能好，用钢量比碳素钢少20％左右。常用的普通低合金钢有20锰硅、25锰硅、40硅锰钒等品种。

3、杂质对钢筋材性的影响： ①碳 碳是决定钢材性能的主要元素，含碳量增加会导致钢材强度和硬度的提高，而它的塑性、韧性则相应降低。 ②硫 (S) 硫使钢在高温时变脆，即出现“热脆现象”。 ③磷 (P) 磷是钢材中的有害化学成分，它会使钢的塑性和韧性降低，特别是在低温条件下的韧性降低得更剧烈，当温度低于一200C时，容易导致钢筋发生脆断，即出现“冷脆现象”。

④锰 (Mn) 锰本是制钢过程中的一种主要脱氧剂，但它能够除去热脆性的硫化铁，而硫在钢中是以硫化铁的形式存在，所以能清除硫的有害作用，减轻热脆影响，有利于改善钢的焊接性能。⑤硅 (Si)：硅可显著地提高钢筋的抗拉强度，也能使屈服点略有提高；硅含量过多时，会使钢筋的塑性和韧性降低，从而导致它的可焊性变差。

⑥钒 (V) 钒能有效地提高钢的强度，改善塑性和韧性；由于它对钢的强化作用较大，所以加少量钒(0．05％～0．15％)就可以适量地少加较多的锰、碳，从而进一步改善钢的性能。 ⑦钛 (Ti) 钢中加少量的钛(≤0．08％)，就可以使强度显著提高，同时塑性稍有降低；但韧性和焊接性能则有所改善。 ⑧铌 (Nb) 钢中加入少量的铌以提高钢筋硬度，并使强度随着提高。 ⑨铬（ Cr) 铬的硬度高，抗腐蚀能力强，钢中加适量用以提高强度。

(四)按生产工艺分类 1、热轧钢筋：由轧钢厂经过热轧成材供应，钢筋直径一般为5—40mm。分直条和盘条形式。热轧钢筋按它的强度高低(以屈服点表示)分为四个强度等级，即I级（HPB235）钢筋、Ⅱ级（HRB335）钢筋、Ⅲ级（HRB400）钢筋和Ⅳ级钢筋；热轧钢筋的强度等级代号为“R”(热轧的热字汉语拼音字头)，如果外形是带肋的，在R后面加L而成“RL‘’(L为肋字汉语拼音字头)(外形是光圆的就不加L)，在R或RL后面添上屈服点值(以N／mm2计)以区别级别，例如强度等级为 RL335的钢筋表示热轧带肋钢筋，它的屈服点不小于335N／mm2。

2、冷拉钢筋 冷拉钢筋是将热轧钢筋在常温下进行强力拉伸，使它强度提高的一种钢筋。 3、热处理钢筋：又称调质钢筋，采用热轧螺纹钢筋经淬火及回火的调质热处理而制成的。按其外形，又可分为有肋和无肋两种。 4、钢丝 ①碳素钢丝：碳素钢丝是采用优质高碳光圆盘条钢筋经冷拔和矫直、回火制成。这种钢丝的强度高，塑性性能也相对较好。有Φ 4、Φ5两种，主要是以钢丝束的形式用来作预应力筋。

②刻痕钢丝 是把上述碳素钢丝的表面，经过机械刻痕而制成，只有Φ 5一种，由于刻痕的影响，其强度比碳素钢丝略低。通过刻痕可以使它与混凝土或水泥浆之间的粘结性能得到一定改善，在工程中只用作预应力筋。 ③冷拔低碳钢丝一般是用小直径的低碳光圆钢筋，在施工现场或预制厂用拔丝机经过几次冷拔而成。它分为甲级和乙级，甲级钢丝的质量要求较严，即要求对钢丝逐盘取样进行检验，它又分为Ⅰ、Ⅱ两组。主要用于一般民用建筑中小型预应力混凝土构件中作预应力筋用

表1 乙级冷拔低碳钢丝质量要求不如甲级严，它只要求分批进行抽样试验，、有直径Φ 3~Φ5强度标准值550N/mm 2,乙级冷拔低碳钢丝只能用作中小型钢筋混凝土或预应力混凝土构件中的箍筋和构造钢筋以及焊接网和焊接骨架的钢筋

④钢绞线钢绞线是由 7根圆形截面钢丝经绞捻、热处理而成。由于强度高又与混凝土的粘结性能好，大多用于大跨度、重荷载的预应力钢筋混凝土结构中。图 2冷、轧、扭钢筋 Ⅰ型 Ⅱ型 5、冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋是用低碳盘圆钢筋经专用钢筋冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成型，呈连续螺旋状，具有规定截面形状和节距，见(图2) 。冷轧扭钢筋按其截面形状不同分为两种类型：Ⅰ——矩形截面 Ⅱ—菱形截面

二、钢筋的验收与贮存 1）钢筋的验收钢筋进场应具有出厂证明书或试验报告单，每捆（盘）钢筋应有标牌，同时应按有关标准和规定进行外观检查和分批作力学性能试验。钢筋在使用时，如发现脆断、焊接性能不良或机械性能显著不正常等，则应进行钢筋化学成分检验。 2）钢筋的贮存钢筋进场后，必须严格按批分等级、牌号、直径、长度挂牌存放，不得混淆。钢筋应尽量堆入仓库或料棚内。条件不具备时，应选择地势较高，土质坚硬的场地存放。堆放时，钢筋下部应垫高，离地至少20cm高，以防钢筋锈蚀。在堆场周围应挖排水沟，以利排水。

3.1.1钢筋的绑扎 钢筋绑扎前，应先熟悉施工图纸，核对钢筋配料单和料牌，研究钢筋安装和与有关工种配合的顺序，准备绑扎用的铁丝、绑扎工具、绑扎架等。 钢筋绑扎一般用18～22号铁丝，其中22号铁丝只用于绑扎直径12mm以下的钢筋。

(1) 钢筋绑扎要求 • 钢筋的交叉点应用铁丝扎牢。 • 柱、梁的箍筋，除设计有特殊要求外，应与受力钢筋垂直；箍筋弯钩叠合处，应沿受力钢筋方向错开设置。 • 柱中竖向钢筋搭接时，角部钢筋的弯钩平面与模板面的夹角，矩形柱应为45°，多边形柱应为模板内角的平分角。 • 板、次梁与主梁交叉处，板的钢筋在上，次梁的钢筋居中，主梁的钢筋在下；当有圈梁或垫梁时，主梁的钢筋应放在圈梁上。主筋两端的搁置长度应保持均匀一致。

(2) 钢筋绑扎接头 　　同一构件中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开，如图所示。

3.1.2 钢筋的焊接 1、钢筋焊接钢筋常用的焊接方法有闪光对焊、电弧焊、电渣压力焊、埋弧压力焊和气压焊等。钢筋焊接接头质量检查与验收应满足下列规定(1) 钢筋焊接接头或焊接制品(焊接骨架、焊接网)应按JGJ 18—96的规定进行质量检查与验收。钢筋焊接接头或焊接制品应分批进行质量检查与验收。质量检查应包括外观检查和力学性能试验

1）闪光对焊 闪光对焊的原理如根据钢筋级别、直径和所用焊机的功率，闪光对焊工艺可分为连续闪光焊、预热闪光焊、闪光－预热－闪光焊三种。

(1) 连续闪光焊 　　连续闪光焊的工艺过程包括连续闪光和顶锻过程。施焊时，闭合电源使两钢筋端面轻微接触，此时端面接触点很快熔化并产生金属蒸气飞溅，形成闪光现象；接着徐徐移动钢筋，形成连续闪光过程，同时接头被加热；待接头烧平、闪去杂质和氧化膜、白热熔化时，立即施加轴向压力迅速进行顶锻，使两根钢筋焊牢。　　连续闪光焊宜用于焊接直径25mm以内的HPB235、HRB335和HRB400钢筋。

(2) 预热闪光焊 　　预热闪光焊的工艺过程包括预热、连续闪光及顶锻过程，即在连续闪光焊前增加了一次预热过程，使钢筋预热后再连续闪光烧化进行加压顶锻。　　预热闪光焊适宜焊接直径大于25mm且端部较平坦的钢筋。

(3) 闪光-预热-闪光焊 　　即在预热闪光焊前面增加了一次闪光过程，使不平整的钢筋端面烧化平整，预热均匀，最后进行加压顶锻。它适宜焊接直径大于25mm，且端部不平整的钢筋。 (4) 闪光对焊接头的质量检验，应分批进行外观检查和力学性能试验，并应按下列规定抽取试件。

① 在同一台班内，由同一焊工完成的300个同级别、同直径钢筋焊接接头应作为一批。当同一台班内焊接的接头数量较少，可在一周之内累计计算；累计仍不足300个接头，应按一批计算。 ② 外观检查的接头数量，应从每批中抽查10%，且不得少于10个。 ③ 力学性能试验时，应从每批接头中随机切取6个试件，其中3个做拉伸试验，3个做弯曲验。 ④ 焊接等长的预应力钢筋(包括螺丝端杆与钢筋)时，可按生产时同等条件制作模拟试件。 ⑤螺丝端杆接头可只做拉伸试验。 

(5) 闪光对焊接头外观检查结果，应符合下列要求： ① 接头处不得有横向裂纹； ② 与电接触处的钢筋表面，HPB235、HRB335和HRB400钢筋焊接时不得有明显烧伤；RRB400钢筋焊接时不得有烧伤； ③ 接头处的弯折角不得大于4°； ④ 接头处的轴线偏移，不得大于钢筋直径的0.1倍，且不得大于2mm。

(6) 闪光对焊接头拉伸试验结果应符合下列要求： 3个热轧钢筋接头试件的抗拉强度均不得小于该级别钢筋规定的抗拉强度；余热处理HRB4 00钢筋接头试件的抗拉强度均不得小于热轧HRB400钢筋规定的抗拉强度570Map。应至少有2个试件断于焊缝之外，并呈延性断裂。

(7) 预应力钢筋与螺丝端杆闪光对焊接头拉伸试验结果，3个试件应全部断于焊缝之外，呈延性断裂。 (8) 模拟试件的试验结果不符合要求时，应从成品中再切取试件进行复验，其数量和要求应与初始试验时相同。 (9) 闪光对焊接头弯曲试验时，应将受压面的金属毛刺和镦粗变形部分消除，且与母材的外表齐平。

2）电弧焊 电弧焊是利用弧焊机使焊条与焊件之间产生高温电弧，使焊条和电弧燃烧范围内的焊件熔化，待其凝固便形成焊缝或接头。电弧焊广泛用于钢筋接头与钢筋骨架焊接、装配式结构接头焊接、钢筋与钢板焊接及各种钢结构焊接。弧焊机有直流与交流之分，常用的是交流弧焊机。

焊条的种类很多，根据钢材等级和焊接接头形式选择焊条，如结420、结500等。焊接电流和焊条直径应根据钢筋级别、直径、接头形式和焊接位置进行选择。钢筋电弧焊的接头形式有三种：搭接接头、帮条接头及坡口接头，如图所示。

搭接接头的长度、帮条的长度、焊缝的宽度和高度，均应符合规范的规定。　(1) 电弧焊接头外观检查时，应在清渣后逐个进行目测或量测。　(2) 钢筋电弧焊接头外观检查结果，应符合下列要求： • 焊缝表面应平整，不得有凹陷或焊瘤； • 焊接接头区域不得有裂纹； • 咬边深度、气孔、夹渣等缺陷允许值及接头尺寸的允许偏差，应符合表4.11的规定；

坡口焊、熔槽帮条焊和窄间隙焊接头的焊缝余高不得大于3mm。坡口焊、熔槽帮条焊和窄间隙焊接头的焊缝余高不得大于3mm。 (3) 钢筋电弧焊接头拉伸试验结果应符合下列要求： • 3个热轧钢筋接头试件的抗拉强度均不得小于该级别钢筋规定的抗拉强度； • 3个接头试件均应断于焊缝之外，并应至少有2个试件呈延性断裂。

3）电渣压力焊 电渣压力焊是利用电流通过渣池产生的电阻热将钢筋端部熔化，然后施加压力使钢筋焊合。钢筋电渣压力焊分手工操作和自动控制两种。采用自动电渣压力焊时，主要设备是自动电渣焊机，电渣焊构造如图所示。电渣压力焊的焊接参数为焊接电流、渣池电压和通电时间等，可根据钢筋直径选择。

电渣压力焊的接头应按规范规定的方法检查外观质量和进行试样拉伸试验。　(1) 电渣压力焊接头应逐个进行外观检查。 (2) 电渣压力焊接头外观检查结果应符合下列要求： • 四周焊包凸出钢筋表面的高度应大于或等于4mm； • 钢筋与电极接触处，应无烧伤缺陷；

接头处的弯折角不得大于4°； • 接头处的轴线偏移不得大于钢筋直径的0.1倍，且不得大于2mm。　(3) 电渣压力焊拉头拉伸试验结果，3个试件的抗拉强度均不得小于该级别钢筋规定的抗拉强度。

4）钢筋气压焊 钢筋气压焊是利用乙炔、氧气混合气体燃烧的高温火焰，加热钢筋结合端部，不待钢筋熔融使其高温下加压接合。气压焊的设备包括供气装置、加热器、加压器和压接器等，如图所示。

气压焊操作工艺： • 施焊前，钢筋端头用切割机切齐，压接面应与钢筋轴线垂直，如稍有偏斜，两钢筋间距不得大于3mm； • 钢筋切平后，端头周边用砂轮磨成小八字角，并将端头附近50～100mm范围内钢筋表面上的铁锈、油渍和水泥清除干净。 • 施焊时，先将钢筋固定于压接器上，并加以适当的压力使钢筋接触，然后将火钳火口对准钢筋接缝处，加热钢筋端部至1100～1300°C，表面发深红色时，当即加压油泵，对钢筋施以40MPa以上的压力。

3.1.3钢筋机械连接 1. 钢筋(套筒)挤压连接　　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管，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。 2.钢筋螺纹套管连接 (1)锥螺纹连接　　锥螺纹连接是用锥形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。

（2)直螺纹连接 　　直螺纹连接是近年来开发的一种新的螺纹连接方式。它先把钢筋端部镦粗，然后再切削直螺纹，最后用套筒实行钢筋对接。　① 等强直螺纹接头的制作工艺及其优点 • 等强直螺纹接头制作工艺分下列几个步骤：钢筋端部镦粗；切削直螺纹；用连接套筒对接钢筋 • 直螺纹接头的优点：强度高；接头强度不受扭紧力矩影响；连接速度快；应用范围广；经济；便于管理。　

② 接头性能 为充分发挥钢筋母材强度，连接套筒的设计强度大于等于钢筋抗拉强度标准值的1.2倍，直螺纹接头标准套筒的规格、尺寸如下标准型套筒规格、尺寸

③接头类型 根据不同应用场合，接头可分为表4.10所示的6种类型。表4.10 直螺纹接头类型及使用场合

④钢筋机械连接接头质量检查与验收 工程中应用钢筋机械连接时，应由该技术提供单位提交有效的检验报告。钢筋连接工程开始前及施工过程中，应对每批进场钢筋进行接头工艺检验，工艺检验应符合设计图纸或规范要求。现场检验应进行外观质量检查和单向拉伸试验。

接头的现场检验按验收批进行。 对接头的每一验收批，必须在工程结构中随机截取3个试件作单向拉伸试验，按设计要求的接头性能等级进行检验与评定。在现场连续检验10个验收批。外观质量检验的质量要求、抽样数量、检验方法及合格标准由各类型接头的技术规程确定。

3.2.1模板的构造与施工 1.模板构造模板与其支撑体系组成模板系统。模板系统是一个临时架设的结构体系，其中模板是新浇混凝土成型的模具，它与混凝土直接接触式混凝土构件具有所要求的形状、尺寸和表面质量；支撑体系是指支撑模板，承受模板、构件及施工中各种荷载的作用，并使模板保持所要求的空间位置的临时结构。

2.模板的分类 （1）按模板形状分有平面模板和曲面模板。平面模板又称为侧面模板，主要用于结构物垂直面。曲面模板用于廊道、隧洞、溢流面和某些形状特殊的部位，如进水口扭曲面、蜗壳、尾水管等。（2）按模板材料分有钢模板、木模板、胶合板、混凝土预制模板、塑料模板、橡胶模板等。

（3）按模板受力条件分有承重模板和侧面模板。承重模板主要承受混凝土重量和施工中的垂直荷载；侧面模板主要承受新浇混凝土的侧压力。侧面模板按其支承受力方式，又分为简支模板、悬臂模板和半悬臂模板。（3）按模板受力条件分有承重模板和侧面模板。承重模板主要承受混凝土重量和施工中的垂直荷载；侧面模板主要承受新浇混凝土的侧压力。侧面模板按其支承受力方式，又分为简支模板、悬臂模板和半悬臂模板。（4）按模板使用特点分有固定式、拆移式、移动式和滑动式。固定式用于形状特殊的部位，不能重复使用。后三种模板都能重复使用，或连续使用在形状一致的部位。但其使用方式有所不同：拆移式模板需要拆散移动；移动式模板的车架装有行走轮，可沿专用轨道使模板整体移动；滑动式模板是以千斤顶或卷扬机为动力，可在混凝土连续浇筑的过程中，使模板面紧贴混凝土面滑动。

1.木模板 木模板的木材主要采用松木和杉木，其含水率不宜过高，以免干裂，材质不宜低于三等材。木模板的基本元件是拼板，它由板条和拼条（木档）组成，如图4-8。板条厚25～50mm，宽度不宜超过200mm，以保证在干缩时，缝隙均匀，浇水后缝隙要严密且板条不翘曲，但梁底板的板条宽度不受限制，以免漏浆。拼条截面尺寸为25×35mm～50×50mm，拼条间距根据施工荷载大小及板条的厚度而定，一般取400～500mm。

2.组合模板 定型组合钢模板系列包括钢模板、连接件、支承件三部分。其中，钢模板包括平面钢模板和拐角模板；连接件有U形卡、L形插销、钩头螺栓、紧固螺栓、蝶形扣件等；支承件有圆钢管、薄壁矩形钢管、内卷边槽钢、单管伸缩支撑等。（1）钢模板的规格和型号。钢模板包括平面模板、阳角模板、阴角模板和连接角模，如图4-1。单块钢模板由面板、边框和加劲肋焊接而成。面板厚2.3mm或2.5mm，边框和加劲肋上面按一定距离（如150mm）钻孔，可利用U形卡和L形插销等拼装成大块模板。

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