一种异形钢筋笼支撑装置的研究

朱云超，纪恩龙，杨 旭，王雪丽，苑柳依

（廊坊凯博建设机械科技有限公司，河北 廊坊 065001）

1 引言

钢筋笼支撑装置，俗称“托料架”，用于支撑已成型的钢筋笼，防止钢筋笼在加工过程中由于自重出现变形、焊点开焊，已广泛应用于钢筋笼成型机中，成为钢筋笼成型机的重要组成部分。

2010 年廊坊凯博公司开展钢筋笼防变形机构的研究，设计一种液压系统控制的钢筋笼防变形装置，优化受力结构后，支撑相同质量的钢筋笼只需原来一半的驱动力，降低系统的压力，增强了装置的稳定性、可靠性，使装置结构更加紧凑，并且能够适用于不同规格的钢筋笼成型机的使用。2018 年长春理工大学针对传统钢筋笼支撑装置存在的工作效率低、自动化程度低等问题，设计了新型液压自动支撑装置，并详细介绍液压支撑的原理。对支撑装置进行特征值屈曲分析，分析结果表明，支撑装置的强度满足要求，不会发生屈曲现象[1-2]。

目前研发的钢筋笼支撑装置为浮动托辊式结构，通过两组或多组浮动托辊与钢筋笼外圈箍筋连续接触，来防止钢筋笼弯曲变形、开焊。主要是针对加工用于钻孔灌注桩、挖孔桩、立柱等桩基工程用的钢筋笼，这些钢筋笼共同特点是由相互平行间隔布置的多根主筋与螺旋箍筋和加强箍圈焊接组成，并且钢筋笼截面为圆形或接近于圆形的多边形。随着我国预制装配技术的发展，预制装配化率不断提高，钢筋骨架作为预制混凝土构件的基本单元，尤其是作为钢筋骨架典型代表的钢筋笼，其结构形式越来越多，出现了方形、矩形、六边形及四边形八边形的复合形式[3-5]，目前钢筋笼支撑装置不能满足钢筋笼生产线对于复杂截面形式钢筋笼的加工需求。

为了适应不同截面形式的钢筋笼自动化加工，本文设计一种新型异形钢筋笼回转支撑装置。由于传统支撑装置浮动托辊要与钢筋笼的箍筋表面接触，只能适应接近圆形截面外形的钢筋笼，新型异形钢筋笼回转支撑装置通过支撑圈与异形钢筋笼上主筋的整圈连接固定代替原先的托辊托举箍筋的方式，使支撑装置随着主筋同步回转，支撑钢筋笼的同时，也使支撑装置不再受钢筋笼外部形状的限制。

2 典型异形钢筋笼模型

一类为框架柱成型钢筋笼，其螺旋箍筋为矩形八角形组合螺旋箍具体如下：单根钢筋螺旋式连续加工形成多匝箍筋，各匝由八角形箍筋和矩形箍筋间隔布置，八角形箍筋的形状为矩形箍筋的形状切除四角后形成的形状（图1）。另一类是框架梁成型钢筋笼，螺旋箍筋为大小箍筋组合间隔布置（图2）。

图1 框架柱成型钢筋笼示意图

图2 框架梁成型钢筋笼示意图

这些钢筋笼的共同特点就是螺旋箍筋为多种形状组合，外圈箍筋折角位置均无主筋，本文设计的异形钢筋笼回转支撑装置主要针对此类钢筋笼的加工。

3 装置结构及工作原理

3.1 装置结构

异形钢筋笼支撑装置结构如图3 所示，主要包括上支撑圈、下支撑圈、固定夹持机构组件、支撑底架、行走机构、左侧举升支撑轮组件、丝杠、左侧支撑销轴、右侧支撑销轴、右侧举升支撑轮组件、手轮、导向机构。

图3 异形钢筋笼支撑装置示意图

钢筋笼位于上支撑圈和下支撑圈内侧。上支撑圈和下支撑圈呈对称的半圆形，为了减轻重量，沿着圆周方向设置有多个圆孔，分体式支撑圈可通过定位销和卡扣快速组装和拆卸。工作时，钢筋笼固定在支撑圈内，上支撑圈和下支撑圈拼装成一个整圈，该支撑圈放置在支撑底架举升支撑轮组件托辊上，支撑圈外圆与举升支撑轮组件上的托辊外圆接触。

固定夹持机构组件固定在上、下支撑圈上，通过固定夹持机构组件夹住钢筋笼的主筋，多个夹持机构和上、下支撑圈将钢筋笼整圈固定。当移动盘和固定盘旋转带动钢筋笼上主筋转动，进而可带动支撑圈一起回转。为了适应不同直径规格的钢筋笼加工，固定夹持机构组件可沿支撑圈径向调节，夹持机构组件可以在固定导向槽内里外移动，并且夹持机构组件和固定导向槽上分别设计有小齿条，齿面贴合螺钉紧固，夹持机构组件不会沿支撑圈径向移动，使用过程中更加稳定可靠。在支撑圈轴向方向两侧支撑圆弧板上均设置有固定导向槽，可以提高各种规格钢筋笼的适应性，避免固定夹持机构组件与螺旋箍筋干涉，影响制作。

支撑底架是主要的受力机构，承受了钢筋笼的大部分重量，左右对称布置两组举升支撑轮组件，左右举升支撑轮组件下边装有正反扣丝母，通过一根正反丝杠将左右举升支撑轮组件连接在一起。可以通过手轮驱动正反扣丝杠转动同步带动两侧的丝母移动，从而左右举升支撑轮组件同步升高或降低，进而使两侧举升支撑轮组件同时绕支撑销轴摆动，保证支撑圈中心与钢筋笼回转中心高度一致，减小变形，提高钢筋笼直线度。

整套装置通过行走机构随着钢筋笼加工沿长度方向移动。两侧举升支撑轮组件为铰接形式，设有导向机构防止其自由摆动，支撑托辊两端有凸缘挡边防止移动时支撑圈脱离支撑托辊，支撑轮组件下边设置有弹簧浮动支撑，保证支撑轮组件上的托辊能够一直与支撑圈外圆稳固贴合。

3.2 工作原理

异形钢筋笼支撑装置安装于异形钢筋笼生产线固定盘与移动盘之间位置，工作原理如图4 所示。该机构的功能主要是防止钢筋笼在成型制作过程中由于自重产生的变形。为控制变形一般在钢筋笼成型3～4m 左右开始加支撑装置，该支撑装置为单元式构件，根据所需成型成品钢筋笼长度确定配置支撑架的数量。支撑装置的底架和行走机构安装于行走导轨上。支撑圈与异形钢筋笼通过固定夹持机构组件与钢筋笼主筋整圈固定，举升支撑轮组件再托起支撑圈，支撑圈在钢筋笼主筋的带动下在举升支撑轮组件的托辊上回转，支撑圈位于举升支撑轮组件托辊凹槽内，钢筋笼移动盘提供动力，主筋将力通过支撑圈，举升机构传递给行走机构，实现支撑圈与钢筋笼移动盘同步移动、连续支撑。

图4 异形钢筋笼支撑装置工作原理图

4 应用效果

本异型钢筋笼支撑装置能够通过支撑圈将多边形异型钢筋笼整圈固定，实现异型笼回转时的连续支撑，支撑圈下方的支撑机构和移动行走机构都可以跟随钢筋笼移动盘同步移动，又实现了该支撑机构在行走时的全程支撑，防止笼子变形，焊点开焊，提高了钢筋笼的精度和成品笼质量。

分体式支撑圈方便在异形钢筋笼加工过程中快速安装拆卸，提高效率。对不同直径钢筋笼的加工，在规格变化时通过手轮调整同步丝杠来调整旋举升支撑轮组件高度来适应，保证支撑圈与钢筋笼旋转盘同心，提高笼子直线度。支撑圈上的固定夹持机构组件和固定导向槽可以多位置安装固定，避免固定夹持机构组件与螺旋箍筋干涉，提高了支撑圈的适应性。固定夹持机构组件和固定导向槽齿条式安装方式提高了使用的稳定性，可靠性，防止笼子变形、开焊，提高精度和质量。

对于异形钢筋笼螺旋箍筋外圈拐角处无主筋支撑的笼子，此种支撑装置能够保证螺旋箍筋与支撑架不接触，更好地保护拐角处螺旋箍筋不会产生大的纵向和径向的变形。

5 结语

本文介绍一种异形钢筋笼支撑装置，详细阐述了该新型支撑装置的机械结构和工作原理，该装置能够实现多边形以及复合箍筋形式异形钢筋笼在制作过程中全程连续支撑，防止钢筋笼变形，焊点开焊，尤其是多边形复合异形钢筋笼螺旋箍筋外圈拐角处无主筋支撑的笼子，此种支撑装置结构稳定、性能可靠，对于异形钢筋笼的整体性、直线度、主筋间距和箍筋间距的质量得到了很好的控制，提高了异形钢筋笼成型精度，生产效率和成品笼质量，有利于异形钢筋笼机械化、工厂化制作，节约成本，加工速度快，也有利于后续异形钢筋笼现场的快速安装，有效地提高施工工效及工程实体质量。