适用专业：安全工程   姜锡慧编写 《建筑施工与安全》实验指导

实验一 钢筋冷拉原理的验证及冷拉安全操作 实验类型：综合性 实验学时：3

一、实验目的 熟悉各种类型钢筋的性质 熟悉钢筋冷拉设备的布置、操作 掌握钢筋冷拉原理 掌握钢筋冷拉参数控制手段 掌握钢筋冷拉时的安全措施

二、实验内容 对钢筋样品进行验收，熟悉冷拉设备，验证冷拉原理和时效作用，掌握钢筋冷拉操作技术和冷拉过程中的安全防护措施。

三、实验仪器 钢筋冷拉机 防护档板 三相低压变压器 夹具 便携式电子点式测温仪 酚醛纸板 直尺

四、所需耗材 Ⅰ级热轧钢筋 Ⅱ级热轧钢筋 Ⅲ级热轧钢筋 Ⅳ级热轧钢筋

五、实验原理、方法和手段 钢筋混凝土工程中所用的钢筋均应进行现场检查验收，合格后方能入库存放、待用。 《混凝土结构工程施工质量验收规范》要求：钢筋进场时，应按现行国家标准（如：《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499-2007)）等规定抽取试件做力学性能检验，其质量必须符合有关标准的规定。验收内容包括：查对钢筋标牌等出厂证明，检查外观，并按有关标准的规定抽取试样进行力学性能试验。标牌应注明生产厂、生产日期、钢号、炉罐号、钢筋级别、直径等，除此之外还应有产品合格证、出厂检验报告等。钢筋的外观检查包括：钢筋应平直、无损伤，表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀。钢筋表面凸块不允许超过横肋\螺纹的高度；钢筋的外形尺寸应符合有关规定。力学性能试验时，从每批中任意抽出两根钢筋，每根钢筋上取两个试样分别进行拉力试验(测定其屈服点、抗拉强度、伸长率)和冷弯试验。

五、实验原理、方法和手段 在常温下对钢筋进行强力拉伸，以超过钢筋的屈服强度的拉应力，使钢筋产生塑性变形，可提高钢筋的屈服点，从而提高钢筋的强度，达到节省钢材的目的，钢筋经过冷加工后，强度提高，塑性降低，在工程上可节省钢材。同时也完成了除锈和调直。图1-1中o a b c d e为钢筋的拉伸特性曲线。冷拉时，拉应力超过屈服点b达到c点，然后卸载。由于钢筋已产生塑性变形，卸载过程中应力－应变曲线将沿o1cde变化，并在c点附近出现新的屈服点，该屈服点明显高于冷拉前的屈服点b，这种现象称为“变形硬化”。

五、实验原理、方法和手段 应变 图1-1钢筋拉伸特性曲线

五、实验原理、方法和手段 冷拉后的新屈服点并非保持不变，而是随时间延长提高至c`点，这种现象称为“时效硬化”。由于变形硬化和时效硬化的结果，其新的应力－应变曲线则为oc`d`e`，此时，钢筋的强度提高了，但同时脆性增加。图中c’点对应的应力即为冷拉钢筋的控制应力，o2即为相应的冷拉率。

五、实验原理、方法和手段 冷拉后钢筋有内应力存在，内应力会促进钢筋内的晶体组织调整，使屈服强度进一步提高。该晶体组织调整过程称为“时效”。对于Ⅰ、Ⅱ级钢筋在常温下一般要经过15~20天才能完成这一过程（称为自然时效），但在100℃温度下，则只需2小时。尤其是Ⅲ级和Ⅳ级的冷拉钢筋，在自然时效难以达到时效效果的情况下更适宜采用人工时效。此时，只需加热到150~200℃，经过15~20分钟，就可以完成时效过程。但是需注意，加温不宜过高，否则会得到相反的结果。加温到450℃时，冷拉钢筋的强度反而会有所降低，塑性却有所增强；当加温到700℃时，冷拉钢筋会恢复到冷拉前的力学性质。

五、实验原理、方法和手段 钢筋冷拉机由拉力设备、承力结构、钢筋夹具、测量设备等部分组成，如图1-2所示。钢筋冷拉控制可以用控制冷拉应力或冷拉率的方法，即通过标尺、弹簧测力器、电子秤或液压千斤顶进行冷拉质量控制。

六、实验步骤 选取4根钢筋，Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级各一根，将其锚固在钢筋冷拉机上，初始应力分别设为230 、360、420、630N/mm2，张拉后释放应力，用直尺测量其是否仍处于弹性形变状态，若仍处于弹性形变，依次递增10 N/mm2应力，直至出现塑性变形为止，并记录该状态下的屈服点应力（表1-1）。记录后对钢筋继续张拉，在屈服点应力的基础上依次递增50 N/mm2应力，直至钢筋拉断或出现颈缩现象。 选取4根未经冷拉的钢筋Ⅲ级、Ⅳ级各两根，将其分做两组锚固在钢筋冷拉机上，对每组中的Ⅲ级、Ⅳ级钢筋分别用500、700N/mm2进行张拉，第一组不加热，20分钟后放张；第二组通电加热，加热温度温度设为200℃，通电加热时间20分钟后放张，分别测量其冷拉率。并在钢筋冷却后，重新依照实验一的步骤测量其新的屈服点应力（表1-2）。 选取4根未经冷拉的Ⅲ级钢筋，将其锚固在钢筋冷拉机上，用500N/mm2进行张拉，分别采取不加热、通电加热至200℃、450℃、700℃的方式20分钟后放张；钢筋冷却后分别测量其冷拉率并重新依照实验一的步骤测量其新的屈服点应力（表1-3）。

七、实验结果及处理 表1-1屈服强度测定 钢筋型号 初始应力 第二次张拉 第三次张拉 第四次张拉 。。。 屈服强度（N/mm2） 第n次张拉 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 初始应力 第二次张拉 第三次张拉 第四次张拉 。。。 屈服强度（N/mm2） 第n次张拉 第n+1次张拉 抗拉强度（N/mm2） 表1-1屈服强度测定

表1-2冷拉率及新屈服强度的测定 钢筋型号 第一组 第二组 Ⅲ级 Ⅳ级 控制应力（N/mm2） 冷拉率（%） 新屈服强度（N/mm2）

表1-3温度对冷拉效果的影响 温度 常温 冷拉率（%） 新屈服强度（N/mm2）

八、实验注意事项 冷拉和张拉钢筋要严格按照规定应力和伸长率进行，不得随便变更。应防止斜拉，无论拉伸或放松钢筋都应该缓慢均匀进行。发现机具有异常应停止张拉。 冷拉钢筋要上好夹具，人离开后再发开车信号。发现滑动或其它问题时，要先行停车，放松钢筋后，才能进行检查修理及重新操作。作业时现场要有一名同学专门负责指挥。 用卷扬机冷拉前应设置防护档板，没有档板时，应将卷扬机与冷拉方向成90度角并采用封闭式导向滑轮。操作时要站在防护档板后，冷拉场地不准站人和通行，防止钢筋拉断、夹具滑脱飞出伤人。 在测量钢筋的伸长度或加楔、拧紧螺栓时应站在钢筋两侧操作，并停止卷扬机或千斤顶拉伸操作。冷拉时正对端头不许站人或跨越钢筋。

八、实验注意事项 张拉钢筋，两端应设置防护档板，钢筋张拉后要加以保护，禁止压重物或在上面行走。严禁直接冲击正在张拉的钢筋。 张拉系统检查无误，即可通电加热。 张拉过程中反复量读电热线路中各项参数，如出现反常现象．说明可能安装有误或出现了分流现象，应立即断电检查处理。各参数要详细记录．以便追溯检查。 电加热时，采用酚醛纸板作绝缘材料，对钢筋和垫板与锚固肋之间进行绝缘，防止分流。 采用便携式电子点式测温仪测量电加热的温度，测温时对钢筋两端均需进行。 电源的电压必须稳定在380～400 V之间。

九、预习和思考题 查阅《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499-2007)。 预习冷拉原理。 思考为何要对钢筋进行冷拉操作。 思考若钢筋需要焊接时，为何应在焊接之后进行冷拉。

十、实验报告要求 根据钢筋标牌上信息，及GB1499-2007中的数据比较各级钢筋的异同。 根据表1-1实验数据，绘制各级钢筋塑性变化规律曲线，确定钢筋的屈服强度值，并与理论值比较。 根据表1-2，画出Ⅲ级、Ⅳ级钢筋塑性变化规律曲线，判定时效作用对钢筋的影响。 根据表1-3，画出各种情况下的Ⅲ级钢筋塑性变化规律曲线，说明温度对时效作用的影响。 根据冷拉过程，辨识现场存在的危险源，并编制本实验安全操作规程。 回答思考题2、3.

实验二 钢丝绳参数测量及安全弯的设置 实验类型：综合性 实验学时：3

一、实验目的 熟悉钢丝绳的性质 掌握钢丝绳的报废标准 掌握钢丝绳安全弯的设置方法 掌握钢丝绳允许拉力计算方法

二、实验内容 读取钢丝绳标号，熟悉钢丝绳加工设备，测量钢丝绳的节距、直径，计算钢丝绳报废标准和各用途下的允许拉力，设置“安全弯”，观察并说明“安全弯”的作用过程。

三、实验仪器 钢丝绳切断器 钢丝绳夹 扳手 卷扬机 地锚 游标卡尺

四、所需耗材 6×37钢丝绳一卷 细铁丝

五、实验原理、方法和手段 钢丝绳是由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量股捻绕成螺旋状的绳。在物料搬运机械中，供提升、牵引、拉紧和承载之用。钢丝绳使用一定时间后，就会产生断丝，腐蚀和磨损现象，其承载能力就降低了。经检查有下列情况之一者，应予以报废。 钢丝绳磨损或锈蚀达直径的40%以上； 钢丝绳整股破断； 使用时断丝数目增加得很快； 钢丝绳每一节距长度范围内，断丝根数不允许超过规定的数值（见JGJ 33-2001）。 为了便于检查接头是否可靠和发现钢丝绳是否滑动，可在最后一个夹头后面大约500mm处再安一个夹头，并将绳头放出一个“安全弯”。这样，当接头的钢丝绳发生滑动时，“安全弯”首先被拉直，这时就应该立即采取措施处理。

五、实验原理、方法和手段 图2-1 安全弯设置方式 钢丝绳的允许拉力按下列公式计算： 式中[Fg]——钢丝绳的允许拉力，KN； α——换算系数，6×37钢丝绳取0.82； K——钢丝绳的安全系数，按照表2-1取用。

表2-1 钢丝绳的安全系数 用途 安全系数 做缆风 3.5 作吊索、无弯曲时 6~7 用于手动起重设备 4.5 做捆绑吊索 8~10 用于机动起重设备 5~6 用于载人的升降机 14

六、实验步骤 在钢丝绳切口两侧用细铁丝捆扎牢固，用钢丝绳切断器切断两段钢丝绳，其长度分别为1米、5米。 用游标卡尺测量钢丝绳的节距和直径，并做好记录。 固定好卷扬机和夹具，打开电源对钢丝绳进行张拉，慢慢增加拉力，直至钢丝绳断裂，记录其张拉过程。 选取合适的钢丝绳绳夹，在5米长的钢丝绳上设置好“安全弯”。 固定好卷扬机和夹具，打开电源对设置好“安全弯”的钢丝绳进行张拉，慢慢增加拉力，直至安全弯变直。

七、实验结果及处理 请记录钢丝绳的节距和直径，并将经过计算的结果填入自行设计的表格中。表格中的内容需包含实验报告要求中的1、3、5项，其余各项请用文字表述。

八、实验注意事项 钢丝绳被切断前应在切口两侧用细铁丝捆扎，以防切断后绳头松散。 钢丝绳的更新标准是由每一节距（捻距）内的钢丝折断数决定的。测量时，捻距就是任一个钢丝绳股，环绕一周的轴向距离。如图2-2所示的6股绳，在绳上一条直线上数6节就是这条绳的捻距。一个节距是指某一股钢丝搓绕绳一周的长度；测钢丝绳直径需要将游标卡尺卡在钢丝绳的最粗处。 选用钢丝绳绳夹时，应使其U形环的内侧净距比钢丝绳直径大1～3mm，太大了卡扣连接卡不紧，容易发生事故。 上绳夹时一定要将螺栓拧紧，直到绳被压扁1／3～1／4直径时为止，并在绳受力后，再将绳夹螺栓拧紧一次，以保证接头牢固可靠。钢丝绳绳夹要一顺排列，U形部分与绳头接触，不能与主绳接触。如果U形部分与主绳接触，则主绳被压扁后，受力时容易断丝。 卷扬机必须用地锚可靠的固定，在用夹具固定好钢丝绳后方可打开电源进行张拉。

九、预习和思考题 查阅建筑机械使用安全技术规程（JGJ 33-2001），掌握钢丝绳报废标准。 思考题钢丝绳 “安全弯”设置在预防事故的技术措施中属于哪一种，除此之外，还有哪些预防事故的技术措施。

十、实验报告要求 说明6×37+1钢丝绳中各个数字代表的含义。 描述在不断加大拉力直至钢丝绳破断的过程中，钢丝绳的变化状况。 用具体数值列出6×37钢丝绳应报废的四种情况。 描述设有“安全弯”的钢丝绳被伸拉的变化过程， 计算6×37钢丝绳在各用途下的允许拉力， 说明为何钢丝绳在各种情况下其安全系数不同。 回答思考题2。