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董 淵
(山西省機電設(shè)計研究院,山西 太原 030009)
摘要:為了使萬能材料試驗機能夠滿足鋼筋焊接網(wǎng)焊點抗剪力試驗的要求,設(shè)計了拉力型和壓力型2種試驗工裝。并根據(jù)實際使用情況,對以上2種試驗工裝進行了對比分析,并指出了其各自的優(yōu)缺點。
關(guān)鍵詞:鋼筋焊接網(wǎng);抗剪力試驗;材料試驗機中圖分類號:TH871
0 引言
鋼筋焊接網(wǎng)是目前路橋建設(shè)中用于穩(wěn)定路基的關(guān)鍵材料,它的好壞直接影響到路橋質(zhì)量的優(yōu)劣。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1499.3 - 2010《鋼筋混凝土用鋼第3部分:鋼筋焊接網(wǎng)》明確提出了鋼筋焊接網(wǎng)的質(zhì)量要求和檢驗項目,其中鋼筋焊接網(wǎng)焊點抗剪力是十分關(guān)鍵的力學(xué)性能指標(biāo)。在機械產(chǎn)品和質(zhì)量檢驗機構(gòu)中,材料試驗機廣泛應(yīng)用于鋼筋等金屬材料力學(xué)性能的檢驗,然而通用的材料試驗機工裝夾具只能夾持板材和棒材等標(biāo)準(zhǔn)試樣,無法滿足鋼筋焊接網(wǎng)焊點抗剪力試驗的要求。為解決這一難題,本文提出了2種不同試驗工裝夾具的設(shè)計,使材料試驗機可以完全滿足鋼筋焊接網(wǎng)焊點抗剪力試驗的要求,并且結(jié)合實際使用體會,對以上2種工裝夾具的優(yōu)缺點進行了對比分析。
1 鋼筋焊接網(wǎng)焊點抗剪力試驗的要求
抗剪試樣如圖1所示,沿同一橫向鋼筋隨機截取3個試樣。鋼筋網(wǎng)兩個方向均為單根鋼筋時,較粗鋼筋為受拉鋼筋。鋼筋焊接網(wǎng)焊點的抗剪力應(yīng)不小于試樣受拉鋼筋規(guī)定屈服力值的0.3倍。鋼筋焊接網(wǎng)焊點抗剪力試驗應(yīng)使用一種能夠固定于材料試驗機上的專用夾具,這種夾具應(yīng)能沿受拉鋼筋軸線施加載荷,使受拉鋼筋自由端沿軸線方向滑動,并能對試樣橫向鋼筋適當(dāng)固定,橫向鋼筋支點間距盡可能小,防止其產(chǎn)生過大的彎曲變形和轉(zhuǎn)動。根據(jù)以上要求,本文研究設(shè)計了拉力型和壓力型2種試驗工裝。
2拉力型工裝設(shè)計
2.1拉力型工裝的結(jié)構(gòu)
拉力型工裝的結(jié)構(gòu)如圖2所示。進行試驗時,首先用材料試驗機上夾頭夾持該工裝上部夾持端,然后將試樣安裝在工裝的凹槽內(nèi),試樣下部會伸出工裝外一段距離,此時調(diào)整試驗機上、下夾頭之間的距離,使得下夾頭可以牢固夾住試樣露出端,夾緊時注意使鋼筋垂直于材料試驗機臺面,與拉力施加方向保持平行,保證試樣受到垂直的拉力。試樣夾持好以后,就可以開動材料試驗機進行試驗了,此時材料試驗機的讀數(shù)就是鋼筋焊接網(wǎng)試樣所受到的剪切力。
2.2 試樣的受力分析
試樣的受力分析如圖3所示。試驗過程中,試樣下端受到試驗機的拉力,試樣橫向鋼筋則受到工裝的反作用力,從而達到剪切鋼筋焊點的目的。
2.3 工裝的材料選擇
根據(jù)工裝結(jié)構(gòu)和受力分析,工裝在開槽處同時受到拉力和扭矩的作用,為了保證工裝在剪切試驗過程中不發(fā)生變形破壞,需要使用強度高、變形小的材料,經(jīng)過試驗選取45鋼,一方面其能夠滿足使用要求,另一方面材料易于獲得,加工難度小,對于一般工廠而言,這種材料較為適合。
3壓力型工裝設(shè)計
3.1 壓力型工裝的結(jié)構(gòu)
壓力型工裝的結(jié)構(gòu)如圖4所示。
壓力型工裝需要使用材料試驗機的壓力試驗端,所以首先要將材料試驗機上端彎曲試驗的彎頭卸下,安裝上試驗機通用的平面型壓頭,然后將下端的彎曲試驗工裝卸下,換上壓力試驗用的自動調(diào)節(jié)平臺,將壓力型工裝放置于該平臺上,調(diào)整好位置,使上端壓頭能夠垂直壓到焊接網(wǎng)鋼筋。工裝安裝完畢后,按照圖4所示,將鋼筋焊接網(wǎng)試樣插入壓力型工裝中間的小孔中,然后擰動四周的定位螺栓調(diào)節(jié)焊接網(wǎng)鋼筋的位置,使其垂直于自動調(diào)節(jié)平臺且不產(chǎn)生較大幅度的晃動,調(diào)節(jié)時注意不可使螺栓擰得過緊對試樣鋼筋產(chǎn)生橫向壓力,否則會增大鋼筋摩擦力,對試驗結(jié)果造成不良影響。調(diào)節(jié)完成后就可開動材料試驗機進行試驗了,此時材料試驗機的讀數(shù)就是鋼筋焊接網(wǎng)試樣所受到的剪切力。
3.2 試樣受力分析
壓力型工裝試樣受力分析如圖5所示。試驗過程中,試樣上、下端受到試驗機的壓力,試樣橫向鋼筋則受到工裝的反作用力,從而達到剪切鋼筋焊點的目的。
3.3 工裝材料選擇
根據(jù)工裝結(jié)構(gòu)和受力分析,工裝承受的主要是壓力,應(yīng)選擇耐壓強度高、變形小的材料來制作。鑄鐵是一個好的選擇。
4 兩種工裝結(jié)構(gòu)對比分析
4.1 結(jié)構(gòu)的加工難度
通過圖2和圖4的對比可以看出,壓力型工裝的結(jié)構(gòu)更為簡單,制作工裝難度也比拉力型工裝低,只需要在材料上鉆孔攻絲即可制作完成,配備的調(diào)節(jié)螺栓也是通用的標(biāo)準(zhǔn)件,便于更換。它的缺點是:當(dāng)焊接網(wǎng)受壓鋼筋較短時,試驗完畢后鋼筋會掉入小孔中不易取出;調(diào)節(jié)試樣受力鋼筋的垂直度時也較為繁瑣,在批量試驗時降低了工作效率。
4.2 材料的經(jīng)濟性
拉力型工裝由于有集中受力的位置,所以對制造材料的要求更高;壓力型工裝沒有集中受力的位置,因而在選擇材料時有更多的靈活性。對于過大工廠而言,制造壓力型工裝取材將更為容易,制造成本相對低廉。
4.3操作的便利性
在實際使用過程中,拉力型工裝的優(yōu)點是操作更為簡便,工作效率更高;缺點是需要與材料試驗機的通用拉力夾具配合使用,一方面夾具對試樣露出端的長度要求嚴(yán)格,露出端太短則無法進行試驗,另一方面夾具的磨損較為嚴(yán)重,長時間使用后工裝夾持端磨損嚴(yán)重造成不易夾持,試驗時出現(xiàn)打滑等現(xiàn)象,對試樣造成沖擊,影響試驗結(jié)果。壓力型工裝的優(yōu)點是不使用材料試驗機的夾具,對試樣本身的要求很低,對各種長度的試樣有很強的適應(yīng)性,夾具零損耗,工裝自身結(jié)構(gòu)簡單,經(jīng)久耐用,制造成本低廉;缺點是試驗完畢后需要取下工裝才能卸下試樣,操作步驟較多,工作效率受到一定影響。
5 結(jié)語
本文設(shè)計的壓力型工裝和拉力型工裝都可以解決使用材料試驗機進行鋼筋焊接網(wǎng)剪切試驗的問題,試驗基本原理和結(jié)果也無差別。在試樣加工較為規(guī)范、外露鋼筋長度相差不大的情況下,壓力型工裝不僅制造成本更低,使用壽命更長,對材料試驗機本身的損耗更小,而且在設(shè)計時通過控制工裝的高度,使剪切試樣鋼筋掉落后在工裝外露10 mm~30 mm,便于試樣取出,可以極大地提高工作效率。綜合對比分析,壓力型工裝優(yōu)于拉力型工裝。
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