周一至周五 | 9:00—22:00

期刊论文网 > 工业技术论文 > 建筑科学论文 > 建筑技术论文 钢筋连接技术的应用研究

建筑技术论文 钢筋连接技术的应用研究

2018-12-19 13:10:09来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘 要:钢筋是当前建筑工程施工中必不可少的一种施工材料,是影响建筑构件受力程度大小的关键,而钢筋的质量与连接技术又是影响其在建筑工程中应用效果优劣的主要因素。因此,除了要在施工中严格把关钢筋的原材料质量以外,更需要采用合理有效的连接技术使钢筋构造成设计图纸中要求的形状,以满足建筑施工需求。现本文就来谈谈钢筋的制作以及进场检验的相关要求,并对钢筋搭接焊、钢筋绑扎搭接以及机械连接三种常用筋连接技术的应用进行了详细论述。

  关键词:钢筋;施工材料;连接技术

  1 钢筋及钢筋连接构件在建筑工程中的地位

  1.1钢筋型号规格及钢筋连接接头种类

  1.1.1钢筋型号规格

  本文结合乌鲁木齐轨道交通项目,对地铁工程上所用建筑钢筋及钢筋连接构件展开研究分析。钢筋的种类繁多,通常按生产工艺、轧制形状、化学成分、直径大小、供给形式,以及在结构中的用处进行分类。建筑钢筋常用的有16种规格

  表1.1 钢筋常用规格

  序号钢筋直径(mm)每米重量(kg)160.22226.50.26380.3954100.6175120.8886141.217161.588182.09202.4710222.9811253.8512284.8313326.3114367.9915409.87165015.42

  按类型分有以下几种

  螺纹钢

  Φ9-0.499kg/m

  Φ10-0.617kg/m

  Φ12-0.888kg/m

  Φ14-1.21kg/m

  Φ16-1.58kg/m

  Φ18-2.00kg/m

  Φ20-2.47kg/m

  Φ22-2.98kg/m

  Φ25-3.85kg/m

  Φ28-4.83kg/m

  Φ32-6.31kg/m

  Φ40-9.87kg/m

  螺纹钢同圆钢一样[1],具体算法可以采用直径除以10然后平方再乘以0.617kg/m,也就是10mm直径钢筋的每米重量,比如8mm钢每米重量就是0.8*0.8*0.617=0.39,这就是8mm钢筋每米的重量了。直径乘以直径乘0.006165(国家标准),商家默许标准:直径乘以直径乘0.00617。

  其他:

  方钢:W=0.007?85乘边长的平方

  扁? 钢:W=0.0078?5×宽×厚

  钢板:W?=7.85×宽×厚

  ?钢管:W=(外径-壁厚)×壁厚×0.02?466

  渡锌类:W=?原理论重量×1.06?

  圆钢规格重量表

  表1.2 圆钢规格表

  规格截面面积重量(kg/m)Ф3.59.620.075Ф412.570.098Ф519.630.154Ф5.523.760.187Ф624.630.193Ф6.528.270.222Ф6.331.170.245Ф6.533.180.260Ф738.480.302Ф7.544.180.347Ф850.270.395Ф963.630.499Ф1078.540.617Ф1195.030.746Ф12113.100.888Ф13132.701.04Ф14153.901.21Ф15176.701.39Ф16201.101.58Ф17227.001.78Ф18254.502.00Ф19283.502.23Ф20314.202.47Ф21346.402.72Ф22380.102.98Ф24452.403.55Ф25490.903.85Ф26530.904.17Ф28615.804.83Ф30706.905.55Ф32804.206.31Ф34907.907.13

  表1.3 工字钢规格重量表

  工字钢型号尺寸(mm)截面面积(cm2)重量(kg/m)高腿宽腹厚10100684.514.311.212120745.017.814.014140805.521.516.916160886.026.120.518180946.530.624.1202001007.035.527.9202001029.039.531.1222201107.542.033.0222201129.546.436.4

  表1.4 槽钢规格重量表

  槽钢型号尺寸截面面积(cm2)重量(kg/m)高腿长腰厚880435.010.248.0410100485.312.7410.0012120535.515.3612.0614A140586.018.5114.5314B140608.021.3116.7316A160636.521.9517.2316B160658.525.1519.7420A200737.028.8322.6320B200759.032.8325.7730A300857.543.8934.4530B300879.549.5936.1630C3008911.555.8943.81

  1.1.2钢筋机械连接接头类型

  (1)套筒挤压连接接头:通过挤压压力,钢套筒的塑性变形和肋钢筋紧凑咬合形成的接头。有两种形式,径向挤压和轴向压缩。由于轴向压缩连接不方便,接头质量不稳定,不推广;而径向挤压连接技术,连接接头已得到广泛应用。本项目采用的套筒挤压接头为径向挤压连接。套筒挤压接头由于其优良的质量,自20世纪90年代初以来就广泛应用于建筑工程[2]。

  (2)锥螺纹连接接头:通过钢筋端头特制的锥形螺纹和连接件锥形螺纹咬合形成的接头[4]。锥螺纹连接技术的诞生克服了套筒挤压连接技术存在的不足。锥螺纹丝头完全是提前预制,现场连接占用工期短,现场只需用力矩扳手操作,不需搬动设备和拉扯电线,深受各施工单位的好评。但是锥螺纹连接接头质量不够稳定。由于加工螺纹的小径削弱了母材的横截面积,从而降低了接头强度,一般只能达到母材实际抗拉强度的85~95%。我国的锥螺纹连接技术和国外相比还存在一定差距,最突出的一个问题就是螺距单一,从直径16~40mm钢筋采用螺距都为2.5mm,而2.5mm螺距最适合于直径22mm钢筋的连接,太粗或太细钢筋连接的强度都不理想,尤其是直径为36mm,40mm钢筋的锥螺纹连接,很难达到母材实际抗拉强度的0.9倍。许多生产单位自称达到钢筋母材标准强度,是利用了钢筋母材超强的性能,即钢筋实际抗拉强度大于钢筋抗拉强度的标准值。由于锥螺纹连接技术具有施工速度快、接头成本低的特点,自二十世纪90年代初推广以来也得到了较大范围的推广使用,但由于存在的缺陷较大,逐渐被直螺纹连接接头所代替[5]。

  (3)直螺纹连接接头:等强度直螺纹连接接头是二十世纪90年代钢筋连接的国际最新潮流,接头质量稳定可靠,连接强度高,可与套筒挤压连接接头相媲美,而且又具有锥螺纹接头施工方便、速度快的特点,因此直螺纹连接技术的出现给钢筋连接技术带来了质的飞跃。目前我国直螺纹连接技术呈现出百花齐放的景象,出现了多种直螺纹连接形式[6]。

  直螺纹连接接头主要有镦粗直螺纹连接接头和滚压直螺纹连接接头。这两种工艺采用不同的加工方式,增强钢筋端头螺纹的承载能力,达到接头与钢筋母材等强的目的。?

  1.镦粗直螺纹连接接头:通过钢筋端头镦粗后制作的直螺纹和连接件螺纹咬合形成的接头。其工艺是:先将钢筋端头通过镦粗设备镦粗,再加工出螺纹,其螺纹小径不小于钢筋母材直径,使接头与母材达到等强。国外镦粗直螺纹连接接头,其钢筋端头有热镦粗又有冷镦粗。热镦粗主要是消除镦粗过程中产生的内应力,但加热设备投入费用高。我国的镦粗直螺纹连接接头,其钢筋端头主要是冷镦粗,对钢筋的延性要求高,对延性较低的钢筋,镦粗质量较难控制,易产生脆断现象。镦粗直螺纹连接接头其优点是强度高,现场施工速度快,工人劳动强度低,钢筋直螺纹丝头全部提前预制,现场连接为装配作业。其不足之处在于镦粗过程中易出现镦偏现象,一旦镦偏必须切掉重镦;镦粗过程中产生内应力,钢筋镦粗部分延性降低,易产生脆断现象,螺纹加工需要两道工序两套设备完成[7]。?

  2.滚压直螺纹连接接头:通过钢筋端头直接滚压或挤(碾)压肋滚压或剥肋后滚压制作的直螺纹和连接件螺纹咬合形成的接头[8]。

  其基本原理是利用了金属材料塑性变形后冷作硬化增强金属材料强度的特性,而仅在金属表层发生塑变、冷作硬化,金属内部仍保持原金属的性能,因而使钢筋接头与母材达到等强[9]。

  目前,国内常见的滚压直螺纹连接接头有三种类型:直接滚压螺纹、挤(碾)压肋滚压螺纹、剥肋滚压螺纹。这三种形式连接接头获得的螺纹精度及尺寸不同,接头质量也存在一定差异[10]。?

  (1)直接滚压直螺纹连接接头:

  其优点是:螺纹加工简单,设备投入少,不足之处在于螺纹精度差,存在作假螺纹现象。由于钢筋粗细不均,公差大,加工的螺纹直径大小不一致,给现场施工造成困难,使套筒与丝头配合松紧不一致,有个别接头出现拉脱现象。由于钢筋直径变化及横纵肋的影响,使滚丝轮寿命降低,增加接头的附加成本,现场施工易损件调换频繁。

  (2)挤(碾)压肋滚压直螺纹连接接头:

  这种连接接头是用特用挤压设备先将钢筋的横肋和纵肋进行预压平处理,然后再滚压螺纹,目的是减轻钢筋肋对成型螺纹精度的影响。

  其特点是:成型螺纹精度相对直接滚压有一定提高,但仍不能从根本上解决钢筋直径大小不一致对成型螺纹精度的影响,而且螺纹加工需要两道工序,两套设备共同完成。

  (3)剥肋滚压直螺纹连接接头:

  其工艺是先将钢筋端部的横肋和纵肋进行剥切处理后,使钢筋滚丝前的柱体直径达到同一尺寸,然后再进行螺纹滚压成型[11]。

  剥肋滚压直螺纹连接技术是由中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院研制开发的钢筋等强度直螺纹连接接头的一种新型式,为国内外首创。通过对现有HRB335、HRB400钢筋进行的型式试验、疲劳试验、耐低温试验以及大量的工程应用,证明接头性能不仅达到了《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2010中Ⅰ级接头性能要求,实现了等强度连接,而且接头还具有优良的抗疲劳性能和抗低温性能。接头通过200万次疲劳强度试验,接头处无破坏,在-40℃低温下试验,接头仍能达到与母材等强连接[12]。剥肋滚压直螺纹连接技术不仅适用于直径为16~40mm(近期又扩展到直径12~50mm)HRB335、HRB400级钢筋在任意方向和位置的同、异径连接,而且还可应用于要求充分发挥钢筋强度和对接头延性要求高的混凝土结构以及对疲劳性能要求高的混凝土结构中,如机场、桥梁、隧道、电视塔、核电站、水电站等。

  1.2钢筋连接构件在工程中的作用

  1.2.1梁内钢筋的类别及作用

  梁是建筑物的主要弯曲构件。常用的梁在建设项目包括雨篷梁.、过梁、楼梯梁、基础梁、吊车梁和联系梁等。因为不同的外力作用和支持方面各种梁的弯曲变形是不同的因此类型、形状和数量的钢筋在不同类型的光束是不同的。然而,各种梁的钢筋类型和功能基本相同。在梁中通常有几种类型的加固。

  (1)纵向力增强的主要作用是承受外力产生的张力。因此,纵向受力钢筋应布置在梁的拉伸区域内。

  (2)钢筋的弯曲通常是纵向钢筋弯曲形成的。其主要作用是承受梁弯矩的拉力,承受弯矩和剪切力引起的主拉应力。

  (3)支架加固的主要功能是确保其正确的位置,并形成具有一定硬度的钢框架。与此同时,钢筋可以承受温度变化和混凝土收缩引起的应力,防止裂缝.。钢条一般是平行和.纵向的,在钢梁的受压区两侧放置。

  (4)箍筋的主要作用是承受剪切力。此外,马镫和其他加强筋通过结合或焊接形成良好的空间骨架。马镫通常垂直于纵向力的强化。

  1.2.2板内钢筋的类别及作用

  板也是弯曲构件,普通混凝土板有地板、屋面板、阳台板、遮阳板、楼梯踏板、檐板等。虽然不同类型的板材由于不同形式的应力、板材类型、形状和数量不同,但在钢筋混凝土板的加固类别和配置功能上基本相同[13]。

  受力钢筋通常有几种类型的强化:

  (1)受力钢筋主要承受弯矩所产生的张力,一般是在板材张成的拉伸区域内。(2)加固的主要作用是更有效地传递给钢板上的机械力,防止由于温度变化和混凝土收缩裂缝沿板的方向,并正确地加固其位置,并垂直于轴承钢。(3)结构强化也称为分布强化。主要是由于钢筋的施工和安装而造成的。

  1.2.3柱内钢筋的类别及作用

  专业钢筋工对钢筋混凝土柱根据所受外力的作用方式不同,可分为轴心受压柱和偏心受压柱。

  (1)受力钢筋轴心受压柱内受力钢筋的作用是与混凝土共同承受中心荷载在截面内产生的压应力;而偏心受压柱内的受力钢筋除了承担压应力外,还要承受由偏心荷载引起的拉应力。

  (2)箍筋它的作用是保证柱内受力钢筋的位置正确,间距符合设计要求,防止受力钢筋被压弯曲,从而提高柱的承载力。

  1.2.4墙内的钢筋类别及作用

  钢筋混凝土墙是高层建筑的主要受力构件。在钢筋混凝土墙中,可根据计算要求配置单层或双层钢网。钢网主要由竖向钢筋和横向钢筋组成。在使用两层钢网时,为了保证加固的正确位置和间距,通常在两个钢筋网片之间有一个支撑。

  (1)竖向力强化的主要作用是承受水平荷载对墙体的拉应力。

  (2)横向力增强的主要作用是固定竖向力杆的位置,可以承受一定的剪切力。

  2 常见的三种钢筋连接方式

  2.1钢筋搭接焊

  焊接接头是通过熔融金属在应力钢和钢之间的直接传递力。力的强化通过熔融金属直接传递。如果焊接质量牢固,在强度、刚度、恢复性能、失效性能等方面均无缺陷,是最理想的钢筋连接方式。焊接方法主要有:闪光对焊、电弧焊接、电渣压力焊、气体压力焊、电焊等,在不同情况下可实现钢筋连接。然而,影响钢条焊接质量的因素有很多,如电压、气候条件、环境、施工条件和操作水平等,难以保证焊接质量的稳定。施工队伍的素质和管理水平还很难做到确保施工质量。另外焊接热量会影响钢筋材质,改变其力学性能。而且目前尚无简捷有效的检测手段,如虚焊、气泡、夹渣、内裂缝等缺陷以及内应力还很难通过现场检测加以消除。因此,为了避免手工操作的不稳定性,焊接连接应采用机械操作代替手工操作,以确保施工质量,充分发挥焊接连接能保证钢筋整体性能的优点。而且从长远利益和综合效益上,既节省了大量钢材,且其价格也低于机械连接。在保证质量的情况下可优先选用焊接连接[14]。

  2.2钢筋绑扎搭接

  绑扎搭接连接是通过钢筋与混凝土之间的粘结力来传递钢筋应力的方式。两根相向受力的钢筋分别锚固在搭接连接区段的混凝土中而将力传递给混凝土,从而实现钢筋之间应力的传递。搭接钢筋由于横肋斜向挤压椎楔作用造成的径向推力引起了两根钢筋的分离趋势,两根搭接钢筋之间容易出现纵向劈裂裂缝,甚至因两筋分离而破坏,因此必须保证强有力的配箍约束。由于绑扎搭接连接是一种比较可靠的连接方式,质量容易保证,仅靠现场检测即可确保质量,且施工起来非常方便,不需特殊的技术,因而应用方面也最为广泛的,至今仍是水平钢筋连接的主要形式。而且在目前情况下价格也较低。但当钢筋较粗时,绑扎搭接施工困难且容易产生较宽的裂缝,因此对其直径有明确限制。但绑扎搭接连接浪费钢筋,由于规范中限制接头在同一位置,若采用50%接头百分率,则搭接长度为14厶,按一般情况下混凝土强度取C30考虑,锚固长度为厶=30d(非抗震情况下),则一根直径d=20mm的钢筋,其一个接头即浪费主筋42d=840嘲。而绑扎搭接接头区段大于322z。搭接接头区段范围箍筋应加密,加密范围长达966d=1932mm,使得绑扎搭接接头不仅浪费主受力钢筋,而且也大大增加了箍筋的用量,绑扎搭接接头区段的箍筋用量相当于非接头区域的两倍。因为资源有限,现在的低效率、低利用率的无限开采,将导致未来建筑业材料资源的短缺。目前就已经开始出现了钢材供不应求的现象。因此从长远利益和综合效益上考虑,不管绑扎搭接接头的单个接头价格高低,都应该尽可能少使用或不用。.

  2.3机械连接

  机械连接是近年来发展起来的一种钢筋连接方式,通过连接于两根钢筋之间的套筒来实现钢筋的传力,是间接传力的一种形式。钢筋与套筒之间的传力可通过挤压变形的咬合、螺纹之间的楔合、灌注高强胶凝材料的胶合等形式实现。机械连接的主要方式有:径向和轴向挤压连接、锥螺纹连接、镦粗直螺纹连接、滚轧直螺纹连接等形式。根据目前的发展情况,机械连接中尤以钢筋剥肋滚轧直螺纹为主。主要优点有:

  (1)接头强度高,与母材等强;

  (2)连接质量稳定、可靠;

  (3)容易操作,施工速度快,工作效率高;

  (4)适用范围广,适用于各工程部位同、异直径钢筋的连接;

  (5)钢筋的化学成分对连接质量无影响;

  (6)接头质量受人为因素影响较小;

  (7)现场施工不受天气变化影响;

  (8)节省能源、耗电低;

  (9)无污染、无火灾及爆炸隐患,施工安全可靠;

  (10)节省钢材等。

  3 钢筋连接构件力学性能

  3.1钢筋连接机理

  为保证混凝土结构的受力承载性能,钢筋的连接区段与整体钢筋比较,应有相似的传递应力的性能,表现为以下几个方面:

  (1)承载力(强度):被连接钢筋应能完成应力的可靠传递,等强传力是所有传力钢筋的基本要求。所谓“超强连接接头”有可能改变钢筋的性能,引起塑性铰位置的转移(移至梁、柱端头箍筋加密区以外),而对结构的延性及抗震性能造成不利影响。普通钢筋应符合现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499、《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB13013和《钢筋混凝土用余热处理钢筋》GB13014的要求。就有对钢筋超强的限制。因此,钢筋连接接头并非越强越好。

  (2)刚度(变形性能):连接区段与整体钢筋的变形能力(变形模量)应该一致。通过混凝土间接传力的绑扎搭接及通过套筒螺纹咬合间接传力的机械连接均可能发生相对较大的变形,导致混凝土产生裂缝。被连接钢筋变形模量的降低还会导致同一区域内连接钢筋与整体钢筋应力的差异,受力钢筋之间承载的不均匀将不利于结构受力。

  (3)延性( 断裂形态):热轧钢筋均具有良好的延性,均匀伸长率都在12%以上,且在发生颈缩变形后才断裂,有明显的前兆。如连接工艺(焊接、挤压、冷镦等)引起钢材性能的变化,则可能在连接区段发生无明显预兆的脆性断裂,影响钢筋的连接传力性能。连年震害调查表明上述担心不是没有道理的。

  (4)恢复性能:结构承载的不确定性可能产生不同的裂缝和挠度,但只要钢筋未达屈服,卸载后的弹性回缩可以基本闭合裂缝及恢复挠度。整体钢筋具有较好的恢复性能,而发生非线性变形的间接传力连接接头受力变形不能全部恢复,往往留下较明显的残余裂缝和残余变形。

  (5)耐久性:连接区段钢筋及接头( 如套筒等)尺寸较大,可能减小保护层厚度而影响混凝土结构构件的耐久性,使抵抗混凝土碳化及钢筋锈蚀的能力降低。

  (6)疲劳性能:交变荷载作用下,钢筋连接区段的承载传力性能有可能降低。承受疲劳荷载作用的构件(如吊车梁、桥梁等)对此应加以考虑。

  3.2钢筋的主要力学性能

  钢筋的力学性能指标有4个,即屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能。

  (1)屈服强度

  如上所述,对于软钢,取下屈服点c的应力作为屈服强度。对无明显屈服点的硬钢,设计上通常取残余应变为0.2%时所对应的应力作为假设的屈服点,称为条件屈服强度,用σ0.2来表示。对钢丝和热处理钢筋的0.2,规范统一取0.8倍极限抗拉强度。

  (2)极限抗拉强度

  对于软钢,取应力—应变曲线中的最高点e为极限抗拉强度;对于硬钢,规范规定,将应力—应变曲线的最高点作为强度标准值的依据。

  (3)伸长率

  伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指称,用δ表示。δ为钢筋试件拉断后的残余应变,其值为:δ=[(L1-L0)/L0]*100%

  式中L0——钢筋试件受力前的量测标距长度;L1——试件经拉断并重新拼合后的量测得到的标距长度。应变量测标距按规定有l1=5d(d为试件直径)、10d,和按固定长度100mm三种,相应的伸长率分别为δ5、δ10、δ100,标距越短,平均残余应变越大,因此,一般δ5>δ10>δ100。伸长率大的钢筋塑性性能好,拉断前有明显的预兆;伸长率小的钢筋塑性性能差,其破坏会突然发生,呈脆性特征,具有明显屈服点的钢筋有较大的伸长率,而无明显屈服点的钢筋伸长率很小[16]。

  (4)冷弯试验

  冷弯试验是检验钢筋塑性的另一种方法。伸长率一般不能反映钢筋的脆化倾向,而冷弯性能可间接地反映钢筋的塑性性能和内在质量。冷弯试验的两个主要参数是弯心直径D和冷弯角度α。将要试验的钢筋(直径为d)绕某一规定直径的钢辊轴(直径为D)进行弯曲。冷弯试验合格的标准为在规定的D和α下。冷弯后的钢筋无裂纹、鳞落或断裂现象。

  4 钢筋连接方式的比较分析与发展前景

  4.1常见三种钢筋连接方式的比较分析

  4.1.1钢筋绑扎

  绑扎、人工焊接为传统的钢筋接头连接方式。绑扎搭接施工简便,应用较广泛,但是当钢筋直径较大时,搭接困难,且容易产生裂缝。相关规范规定,钢筋接头宜采用焊接接头和机械连接接头,当采用绑扎接头时,受拉钢筋直径应小于等于22mm,受压钢筋直径应小于等于32mm,其他钢筋直径应小于等于25mm。这种连接方式,受力性能差,钢材消耗量大,当钢筋密集时,钢筋绑扎连接会使浇筑和振捣难度加大。

  4.1.2搭接焊

  人工焊接设计时,应当考虑如下两个方面:①钢筋的接头宜设置在受力较小处,同一纵向受力钢筋不宜设置两个或两个以上接头,接头末端至钢筋弯起点的距离不应小于钢筋直径的10倍;②在同一构件内的接头宜互相错开。同一连接区段内,纵向受力钢筋的接头面积百分率应符合设计要求。人工焊接质量容易受到现场焊工技术水平、焊机效率、气候环境、工地施工电压的影响,受人为不确定因素的影响也很大(工人的操作状态和现场发挥),安全隐患较大,质量检查困难。从经济效益分析,手工焊接生产效率低,成本投入大,尤其是在大直径钢筋的焊接上更为明显,施工中投入的直接成本不仅有焊工、焊条和电焊机,还要投入搭接的钢筋和帮条,所产生的成本比较高。以Φ40mm钢筋接头为例,钢筋接头连接面焊缝长度为800mm(双面焊缝),正常情况下,焊工焊接一个接头要消耗1.6个工时,需要使用Φ4.0的J422焊条1.32kg,成本为7.71元,投入同径的帮条钢筋2×400mm,成本为20.53元;焊接机械是BX1-500型交流电焊机,单个接头的消耗台班为1.6台时,计18.85元,这样单个钢筋接头的总成本费用为551元。手工焊接钢筋单个接头成本费用如表4.1。

  表4.1 手工焊接单个接头成本

  直径Φ/mm焊工/工时焊条/KG电焊机/台时钢筋/KG成本/元说明401.61.321.67.9055.1双帮条361.10.991.15.7539.9双帮条320.80.660.84.0427.8双帮条280.70.440.72.6821.5双帮条

  4.1.3机械连接工艺

  机械连接是近年来发展起来的一种钢筋连接方式,它是一种通过两根钢条间的套筒进行间接传动的形式.。钢条与套筒之间的传递力可以通过变形的挤压、螺纹之间的楔块和高强度胶结材料的胶合实现。

  (1)钢筋冷挤压连接接头。由于手工电弧焊的生产效率低、成本高,经过市场调查和分析钢筋冷挤压连接方式的工艺,发现冷挤压钢筋连接这种一种机械连接方式的生产效率比手工电弧焊有了较大的提高。

  冷挤压连接钢筋的基本原理是:将两个待连接的螺纹钢筋通过光面套筒连接起来,再在套筒外表面施加机械力挤压套筒,套筒收缩后将套筒内的钢筋肋嵌入其中,相互咬合,从而达到传递受力和钢筋连接的目的。

  工程施工中一个接头的两个挤压端是分别进行的,一端与加长的钢筋连接,另一端与原钢筋连接。与加长钢筋的连接可以在工厂内完成,场内作业不需移动设备,只需由人工搬动钢筋与套筒,效率较高;而另一端则必须在现场与已安装的钢筋进行对接,就必须移动设备与已安装好的钢筋对接,由于一部分钢筋是悬空对接,需要搭设简易的设备平台,施工很不方便,这样就大大地降低了生产效率,所以在施工中不可能大面积推广。但应当看到冷挤压钢筋连接方式实现了部分的作业工厂化,在生产效率上有一定的提高,在生产成本费用上也有所降低,钢筋冷挤压连接单个接头成本费用见表4.2,冷挤压连接与手工焊接的单个接头的成本费用对比情况如表4.3所示。从表4.3可以看出,在连接Φ28mm以上的钢筋时,采用冷挤压工艺的成本比采用手工电弧焊工艺的成本降低了约1/3,且随着钢筋直径的增加,成本降低更加明显。

  表4.2 钢筋冷挤压连接单个接头成本费用

  直径Φ/mm施工费/元套筒费/元合计402.329.031.3362.324.026.3322.115.717.8282.113.515.6

  表4.3 手工焊接与冷挤压连接成本费用对比表

  直径Φ/mm手工焊/元冷挤压/元差额/元4055.131.323.83639.926.313.63227.817.810.02821.515.65.9(2)钢筋螺纹连接

  钢筋冷挤压连接工艺实现了部分的作业工厂化,生产效率得到了部分提高,为了进一步提高效率和提高成本,寻求一种生产完全工厂化的工艺。经过调查选择钢筋螺纹连接工艺进行试验分析。钢筋螺纹连接的形式很多,有直螺纹连接、锥螺纹连接、正反丝直螺纹连接、镦粗螺纹连接等。在施工中经过实际操作、比较,镦粗螺纹连接在生产效率、生产成本费用上均具有较大的优势。

  钢筋镦粗螺纹连接的工作原理是:将待连接的钢筋接头部位镦粗,然后在镦粗部位加工螺纹丝扣,最后用螺纹套筒将钢筋联接起来。钢筋采用镦粗机镦粗,镦粗控制参数包括:镦粗压力、镦粗基圆值、镦粗缩短尺寸和镦粗长度等。镦粗后在螺纹套丝机上进行丝头加工,丝头加工时应当加入水溶性切削液。

  套筒加工与钢筋螺纹生产全部实现了工厂化。在安装大直径钢筋和圆弧钢筋时更显出其优越性,降低了现场的施工难度,非专业技术人员经过培训即可操作,提高了生产效率,钢筋镦粗和套丝可以预先完成,不占工期。加工1个丝头只需30~120s。连接1个接头只需1min左右。钢筋端部经冷镦后,钢筋直径变大,钢材强度变大,端部冷墩加工后材料强度通常可提高10%~20%,接头的强度不低于钢筋本身的强度,因此又被称为等强度钢筋接头(达到SA级钢筋接头标准)。

  镦粗螺纹连接要保证质量应把握3个方面:①连接套筒自身的强度要满足要求;②螺纹加工的质量要保证;③现场安装时质量要保证。其中套筒材料选用45号钢或其他低合金钢,当它与钢筋同时受力时要后于钢筋本体破坏。在套筒断面设计时,套筒抗拉承载力标准值是按大于被连接钢筋的抗拉承载力标准值的1.15倍考虑的,即:fsltkAs1≥1.15ftkAs

  式中:fsltk为套筒抗拉强度标准值;As1为套筒的横截面积;ftk为钢筋抗拉强度标准值;As为钢筋的横截面积。钢筋镦粗螺纹的丝头与套筒均可实现工厂化生产加工,施工现场安装仅用螺纹套筒将钢筋连接起来即可,在生产效率上得到了较大的提高,施工成本也相应降低,钢筋镦粗螺纹连接单个接头成本费用如表4.4。

  表4.4 钢筋镦粗螺纹连接单个接头成本费用

  直径Φ/mm套筒费/元加工费/元合计/元4018.01.819.83611.61.813.4329.61.811.4288.01.89.8257.01.88.8

  4.1.4功能指标及成本对比

  (1)接头成本分析:

  手工焊接、冷挤压连接与螺纹连接的单个钢筋接头的成本费用对比如表4.5。从表4.5中可以看出,在采用冷挤压连接和钢筋镦粗螺纹连接工艺后,钢筋制安的施工成本有了一个较大幅度地下降,尤其是钢筋镦粗螺纹连接,在连接Φ28mm及其以上的钢筋时经济效益更明显。

  表4.5 三种钢筋接头连接方式成本费用对比表

  直径Φ/mm手工焊/元冷挤压/元螺纹连接/元4055.131.319.83639.926.313.43227.817.811.42821.515.69.8(2)功能指标分析:

  选取钢材消耗、抗疲劳性能等功能指标对两种机械连接的方式进行对比,如表4.6。

  钢筋机械冷挤压方案功能指数为:500×0.4.200×0.1.32.8×0.2.85.7×0.2.51.4×0.1=248.84。

  表4.6 方案的功能指标

  功能指标方案机械冷挤压镦粗直螺纹连接降低钢材消耗单向拉伸性能/MPa500550抗疲劳性能抗疲劳性能/万次200200降低接头成本接头成本下降比率/%32.863.2单向拉伸性能现场作业效率提高/%85.799.8现场施工作业时间钢筋消耗下降比例/%51.480.4钢筋镦粗直螺纹连接方案功能指数:550×0.4.200×0.1.63.2×0.2.99.8×0.2.80.4×0.1=270.66。

  可见,钢筋镦粗直螺纹连接方案功能指数大于钢筋机械冷挤压方案,钢筋镦粗直螺纹连接工艺方案较优。

  4.2机械连接的发展前景

  钢筋机械连接技术的是未来推进建筑行业发展的方向,传统的连接方式,如搭接和焊接,不能满足建筑业快速发展的要求,无论是连接质量、效率还是可操作性。钢棒连接套筒技术的不断更新,带动了整个行业的技术创新和技术的不断完善。因此,钢筋连接技术在一定意义上是相当成功的,并且有其自身的特点,以适应行业和社会趋势的不断发展。在大型钢条的连接上不能使用搭接节点的连接方式,焊接中有许多缺陷,如不稳定的钢材料和焊接性差。不稳定电源或焊机电平差;时间紧迫,容量不足;天气的影响,如风和雨;有高防火要求的地方也有建设计划;水平钢筋的现场连接质量和速度。焊接质量没有保证。增强的机械连接可以避免上述困难,具有明显的优势。在80年代后期,通过引进国外先进的机械连接技术,结合我国的持续努力,一些有关专家的科研机构加强了机械连接技术在我国的快速发展。

  近年来,我国又研究开发出与钢筋母材实际强度相等的钢筋等强螺纹接头,并开始应用。钢筋等强螺纹接头包括镦粗直螺纹接头、滚轧直螺纹接头、冷压锥螺纹接头、热强化螺纹接头等新型接头。这些新技术的推广应用对进一步提高工程质量、节约钢材、方便施工起到积极作用。

  1999年4月,建设部批准发布建筑工业行业标准《镦粗直螺纹钢筋接头》。

  JG/T3057—1999,自1999年12月1日起实施。钢筋镦粗直螺纹连接包括2种工艺方法:冷镦粗和热镦粗。镦粗后,将镦头套丝成直螺纹,采用连接套筒在施工现场进行连接,接头性能良好,在全国很多大中工程中推广应用。

  随着钢筋机械连接技术的不断发展和逐步完善,新修订的行业标准《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107—96相比,修订的主要技术内容是:1.修改了接头的分级和抗拉强度指标;2.取消“割线模量”,改用“非弹性变形”控制接头的变形;3.修改了不同等级接头的应用范围和允许的接头面积百分率;4.修改了型式检验的接头数量和加载制度;5.对各类螺纹接头增加安装对拧紧力矩要求。为了与现行标准JGJ107—2003相适应,建筑工业行业标准JG/T3057—1999正在进行修订,并提出了修订版的送审稿。

  近十年来,钢筋滚轧直螺纹发展十分迅速。中国科学研究院先后编制企业标准《直接滚轧直螺纹钢筋连接接头》Q/JY23—2001和《钢筋等强度剥肋滚压直螺纹连接技术规程》Q/JY16—2001。建筑工业行业标准《滚轧直螺纹钢筋连接接头》(报批稿)报请建设部审批中。

  上述标准的发布实施,既总结了科学研究的成就和生产实践的经验,亦反映了我国钢筋机械连接技术的发展进程,极大地推动各项新技术在建设工程中的推广应用。

  17

  结论

  钢筋混凝土施工过程中,钢筋接头所采用的技术对工程进度和质量的影响较大,.经过经济和技术对比分析发现,连接的钢筋直径在28mm以上时,手工焊的成本远远高出机械连接方式,且手工焊接质量难以控制,而机械连接方式中,钢筋镦粗直螺纹连接功能指标优越性较好。在水电工程的设计和实际施工当中,应当在严格按照规范要求的前提下,优先考虑采用新技术、新工艺。新型的钢筋接头连接工艺,不仅提升了接头部位连接性能,而且降低了成本,提高了效率。更为重要的是,在提倡节约资源和绿色环保施工的今天,机械的连接方式,减少了搭接钢筋长度,节约了钢材,同时避免了传统电弧,电渣等焊接形式带来的环境污染,具有一定的社会和环境效益。

栏目分类