王立军，褚文龙
(河钢股份有限公司 承德分公司，河北 承德 067102)
摘 要：每年韩国在外采购80万～100万t具备高附加值的建筑用钢筋，有良好的市场环境和经济效益，因此河钢承钢决定开发韩标钢筋。韩标钢筋外形与国内用建筑钢筋有很大差别，其外形设计计算变得尤为关键。在开发过程中，通过建立计算模型，完成了一系列产品外形尺寸设计。通过生产实践表明，外形尺寸设计完全符合要求。
关键词：钢筋；外形；横肋；质量偏差
根据市场调研结果显示 ，2014年韩国进口螺纹钢共计55万t，2015年进口总量已突破100万t，预计2016年进口量相比2015年会有所减少，但预计仍将维持在80万t以上，国际市场韩标钢筋售价高于其他同类产品，具备较好的市场前景和经济效益[1-2]。
韩国标准(KS D 3504—2016)[3]同国标产品(GB 1499.2—2013)相比较，主要区别在于韩标钢筋产品外观为竹节肋外形，而国标产品为月牙肋外形。在产品标准中，国标产品给出了具体的外形尺寸，而韩标钢筋给出了较为宽泛的尺寸要求，并且要求单支钢筋质量偏差必须满足给定范围，这就要求在设计上必须有精确的外形尺寸设计计算。韩国市场需求的主流钢筋规格为D10～D32，本文根据市场需求，研发了D10～D32共计8个规格的韩标钢筋。
基础数据是产品外形设计的主要依据，包含了韩标钢筋标准中对尺寸做出的规定、试验数据及设定参数。韩标钢筋标准中给定的尺寸普遍比较宽泛，并且对产品内径没有详细规定，由于产品质量偏差的限制，不经过精确的产品外形尺寸设计无法实现产品的研发。
1.1 韩标钢筋外形
韩标钢筋外形示意图如图1所示。图1中，L是横肋间距；d是内径；H是横肋高度；h是纵肋高度；α是横肋与内径夹角；e是横肋底宽。
图1 韩标钢筋外形示意图
1.2 韩标钢筋尺寸、质量及横肋的允许偏差
韩标钢筋尺寸、质量及横肋的允许偏差见表1。
表1 尺寸、质量及横肋的允许偏差
公称名单位质量/kg·m-1公称直径/mm横肋间距最大值/mm横肋高度/mm最大值最小值横肋间隙合计最大值/mmD100.5609.536.70.40.87.5D130.99512.78.90.5110D161.5615.911.10.71.412.5D192.2519.113.41215D223.0422.215.51.12.217.5D253.9825.417.81.32.620D295.0428.620.01.42.822.5D326.2331.822.31.63.225
1.3 质量允许偏差
韩标钢筋单位质量允许偏差见表2。
表2 单位质量允许偏差
尺寸质量允许偏差/%D10≤公称名<><>
1.4 设定基本参数
根据横肋在肋槽中的充满情况，在试验过程中可以得到横肋的具体高度，韩标标准中横肋间距及横肋间隙(等同纵肋高度)只给出了最大值，横肋底宽、纵肋宽度及横肋与内径夹角均需要设定，由此根据国标产品的设计经验，给出了相关数据(见表3)。
表3 数据设定
公称名公称直径D/mmL/mmα/(°)H/mmh/mml/mme/mmD109.536.0600.61.20.62.166D1312.78.4600.751.50.752.833D1615.910601.051.81.053.766D1919.112.5601.521.54.882D2222.214.5601.6521.655.249D2525.416.5601.952.51.956.182D2928.618.5602.12.52.16.548D3231.821602.332.37.498
横肋的任意垂直截面为尺寸一样的等腰梯形(见图2)，将横肋截面分为2个三角形区域和1个矩形区域。
图2 横肋体积积分计算示意图
图2中，设每个三角形任意位置沿钢筋轴线垂直截面上形成的圆环面积为Sx，对应任意位置x的高度为hx，对应任意位置x形成的圆柱截面积为Sw，内径截面积为Sn，则有：
hx=xtanα
(1)
(2)
(3)
Sx=Sw-Sn
(4)
将式1～式3代入式4，得：
(5)
对式5沿x进行积分，可以计算三角形区域沿钢筋轴线垂直截面上形成的锥形圆环体积Vz：
对上式求解，得：
(6)
设矩形区沿钢筋轴线柱形截面积为Sj，圆环截面积为Sy，则有：
(7)
Sy=Sj-Sn
(8)
将式2和式7代入式8，得：
(9)
设矩形区顶宽为b，矩形区域沿钢筋轴线垂直截面上形成的圆环体积为Vj，则有：
(10)
Vj=Syb
(11)
将式9和式10代入式11，得：
(12)
设横肋体积为Vh，横肋一侧与纵肋重叠的体积为Vc，横肋梯形截面积为St，则有：
(13)
Vc=Sth
(14)
将式10代入式13，将式13代入式14，得：
(15)
Vh=2Vz+Vj-2Vc
(16)
将式6、式12和式15代入式16，可得：
(17)
横肋体积对于钢筋截面积当量Sh为：
(18)
纵肋截面积为Sz，按矩形计算为：
Sz=hl
(19)
钢筋公称截面积Sg为：
(20)
式中，D为公称直径。
钢筋负差度F为：
(21)
将式2、式18～式20代入式21，得：
(22)
设F=0，形成一元二次方程，对内径d进行求解，得：
(23)
根据一元二次求根公式可得：
(24)
将表3数据代入式24，可求得内径d，然后将内径修约到0.1 mm，用以确定内径尺寸，计算结果见表4。
表4 各规格钢筋内径计算结果
公称名计算内径/mm修约后内径/mmD109.019.0D1312.1212.1D1615.1915.2D1918.1118.1D2221.1821.2D2524.0924.1D2927.2227.2D3230.4330.4
韩标外形设计的思路是建立负差度和产品内径的函数，根据负差度要求确定产品内径尺寸，其中的难点在于横肋体积的计算，本次通过积分的方式解决了关键问题，通过产品生产实践，外形尺寸设计完全符合要求。
参考文献：
[1] 郝彦军.韩标钢筋混凝土用棒材SD500生产实践[J]. 科技经济导刊, 2016(30)：78.
[2] 刘红军，王建.韩标SD400钢筋混凝土用钢筋的研制开发[J]. 山东冶金, 2008, 30(2):42-43.
[3] KS D 3504—2016，钢筋混凝土用棒钢产品[S].
责任编辑 彭光宇
Design Calculation of South Korea Standard Steel Bar
WANG Lijun, CHU Wenlong
(HBIS Co., Ltd., Chengde Branch, Chengde 067102, China)
Abstract：Every year 80-100 million tons of construction steel with high added values are purchased in South Korea. In terms of the good market environment and economic benefits, the decision is made to develop South Korea steel standard steel. Because its shape and the use of domestic steel construction is very different, the design and calculation of the standard steel bar of South Korea has become the key. So a calculation model in the development process is set up, a series of product design is completed, and the product development goes well.
Key words：rebar, shape, transverse rib, tolerance on mass
中图分类号：TG 335.64
文献标志码：A
作者简介：王立军(1976-)，男，大学本科，工程师，主要从事棒线材生产和产品设计等方面的研究。
收稿日期：2017-03-21
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