钢筋焊接网焊点抗剪力试验工装的设计与比较分析

 董  渊

(山西省机电设计研究院，山西  太原  030009)

摘要：为了使万能材料试验机能够满足钢筋焊接网焊点抗剪力试验的要求，设计了拉力型和压力型2种试验工装。并根据实际使用情况，对以上2种试验工装进行了对比分析，并指出了其各自的优缺点。

 关键词：钢筋焊接网；抗剪力试验；材料试验机中图分类号：TH871

0  引言

 钢筋焊接网是目前路桥建设中用于稳定路基的关键材料，它的好坏直接影响到路桥质量的优劣。国家标准GB/T 1499.3 - 2010《钢筋混凝土用钢第3部分：钢筋焊接网》明确提出了钢筋焊接网的质量要求和检验项目，其中钢筋焊接网焊点抗剪力是十分关键的力学性能指标。在机械产品和质量检验机构中，材料试验机广泛应用于钢筋等金属材料力学性能的检验，然而通用的材料试验机工装夹具只能夹持板材和棒材等标准试样，无法满足钢筋焊接网焊点抗剪力试验的要求。为解决这一难题，本文提出了2种不同试验工装夹具的设计，使材料试验机可以完全满足钢筋焊接网焊点抗剪力试验的要求，并且结合实际使用体会，对以上2种工装夹具的优缺点进行了对比分析。

1  钢筋焊接网焊点抗剪力试验的要求

 抗剪试样如图1所示，沿同一横向钢筋随机截取3个试样。钢筋网两个方向均为单根钢筋时，较粗钢筋为受拉钢筋。钢筋焊接网焊点的抗剪力应不小于试样受拉钢筋规定屈服力值的0.3倍。钢筋焊接网焊点抗剪力试验应使用一种能够固定于材料试验机上的专用夹具，这种夹具应能沿受拉钢筋轴线施加载荷，使受拉钢筋自由端沿轴线方向滑动，并能对试样横向钢筋适当固定，横向钢筋支点间距尽可能小，防止其产生过大的弯曲变形和转动。根据以上要求，本文研究设计了拉力型和压力型2种试验工装。

2拉力型工装设计

2.1拉力型工装的结构

 拉力型工装的结构如图2所示。进行试验时，首先用材料试验机上夹头夹持该工装上部夹持端，然后将试样安装在工装的凹槽内，试样下部会伸出工装外一段距离，此时调整试验机上、下夹头之间的距离，使得下夹头可以牢固夹住试样露出端，夹紧时注意使钢筋垂直于材料试验机台面，与拉力施加方向保持平行，保证试样受到垂直的拉力。试样夹持好以后，就可以开动材料试验机进行试验了，此时材料试验机的读数就是钢筋焊接网试样所受到的剪切力。

2.2  试样的受力分析

 试样的受力分析如图3所示。试验过程中，试样下端受到试验机的拉力，试样横向钢筋则受到工装的反作用力，从而达到剪切钢筋焊点的目的。

2.3  工装的材料选择

 根据工装结构和受力分析，工装在开槽处同时受到拉力和扭矩的作用，为了保证工装在剪切试验过程中不发生变形破坏，需要使用强度高、变形小的材料，经过试验选取45钢，一方面其能够满足使用要求，另一方面材料易于获得，加工难度小，对于一般工厂而言，这种材料较为适合。

3压力型工装设计

3.1  压力型工装的结构

 压力型工装的结构如图4所示。

 压力型工装需要使用材料试验机的压力试验端，所以首先要将材料试验机上端弯曲试验的弯头卸下，安装上试验机通用的平面型压头，然后将下端的弯曲试验工装卸下，换上压力试验用的自动调节平台，将压力型工装放置于该平台上，调整好位置，使上端压头能够垂直压到焊接网钢筋。工装安装完毕后，按照图4所示，将钢筋焊接网试样插入压力型工装中间的小孔中，然后拧动四周的定位螺栓调节焊接网钢筋的位置，使其垂直于自动调节平台且不产生较大幅度的晃动，调节时注意不可使螺栓拧得过紧对试样钢筋产生横向压力，否则会增大钢筋摩擦力，对试验结果造成不良影响。调节完成后就可开动材料试验机进行试验了，此时材料试验机的读数就是钢筋焊接网试样所受到的剪切力。

3.2  试样受力分析

 压力型工装试样受力分析如图5所示。试验过程中，试样上、下端受到试验机的压力，试样横向钢筋则受到工装的反作用力，从而达到剪切钢筋焊点的目的。

3.3  工装材料选择

 根据工装结构和受力分析，工装承受的主要是压力，应选择耐压强度高、变形小的材料来制作。铸铁是一个好的选择。

4  两种工装结构对比分析

4.1  结构的加工难度

 通过图2和图4的对比可以看出，压力型工装的结构更为简单，制作工装难度也比拉力型工装低，只需要在材料上钻孔攻丝即可制作完成，配备的调节螺栓也是通用的标准件，便于更换。它的缺点是：当焊接网受压钢筋较短时，试验完毕后钢筋会掉入小孔中不易取出；调节试样受力钢筋的垂直度时也较为繁琐，在批量试验时降低了工作效率。

4.2  材料的经济性

 拉力型工装由于有集中受力的位置，所以对制造材料的要求更高；压力型工装没有集中受力的位置，因而在选择材料时有更多的灵活性。对于过大工厂而言，制造压力型工装取材将更为容易，制造成本相对低廉。

4.3操作的便利性

 在实际使用过程中，拉力型工装的优点是操作更为简便，工作效率更高；缺点是需要与材料试验机的通用拉力夹具配合使用，一方面夹具对试样露出端的长度要求严格，露出端太短则无法进行试验，另一方面夹具的磨损较为严重，长时间使用后工装夹持端磨损严重造成不易夹持，试验时出现打滑等现象，对试样造成冲击，影响试验结果。压力型工装的优点是不使用材料试验机的夹具，对试样本身的要求很低，对各种长度的试样有很强的适应性，夹具零损耗，工装自身结构简单，经久耐用，制造成本低廉；缺点是试验完毕后需要取下工装才能卸下试样，操作步骤较多，工作效率受到一定影响。

5  结语

 本文设计的压力型工装和拉力型工装都可以解决使用材料试验机进行钢筋焊接网剪切试验的问题，试验基本原理和结果也无差别。在试样加工较为规范、外露钢筋长度相差不大的情况下，压力型工装不仅制造成本更低，使用寿命更长，对材料试验机本身的损耗更小，而且在设计时通过控制工装的高度，使剪切试样钢筋掉落后在工装外露10 mm～30 mm，便于试样取出，可以极大地提高工作效率。综合对比分析，压力型工装优于拉力型工装。