针对高强度钢筋直螺纹套筒连接工艺改良探讨

摘要：现行《钢筋机械连接技术规程》适用500级别以及以下的接头连接，600级高强度钢筋机械连接无规程，通过等强度的方式进行机械接头的设计，通过工程实践，改良出了保证600级高强度钢筋直螺纹连接I级接头施工质量的技术措施。

关键词：高强度；直螺纹套筒；剥肋；扭矩

某超高层办公楼为框架核心筒结构，框架梁应用了HTRB600热处理带肋高强度钢筋，由于600级钢筋的焊接性能未知，在选择钢筋连接方式时，不宜使用焊接、闪光对焊、电渣压力焊等通电熔接的方式进行，优选了直螺纹套筒连接，其可靠性相对较高。

1、套筒材质选择：

由于市场上普通直螺纹套筒均采用C45#钢制作，其抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥355MPa，而HTRB600钢筋抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥600MPa， I级接头在机械接头长度范围内，抗拉强度及屈服强度需要达到1.1倍抗拉强度标准值和屈服强度标准值，即需要≥1.1 ×750MPa=825MPa， ≥1.1×600MPa=660MPa， C45#钢满足接头强度需要的壁厚较大，保护层相对需要加大，很难满足《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）最小保护层规定，也无法满足《钢筋机械连接技术规程》（JGJ107-2010）连接件保护层不小于15mm，、连接件之间的横向净距不宜小于25mm的规定，施工相对困难且不经济，故采用20Cr钢材制作，该钢具有良好的综合力学性能，低温冲击韧性良好，焊接性中等，冷变形时塑性中等.其抗拉强度≥835MPa，屈服强度≥540MPa，能够最大程度满足I级接头在机械接头长度范围内，抗拉强度和屈服强度及保护层要求。

2、套筒设计：

套筒长度按不小于两倍钢筋直径并留有余量的原则，仍按600级以下套筒长度取值，以直径25钢筋为例，套筒长度为60mm。

套筒壁厚设计以机械接头长度范围内，抗拉强度及屈服强度计算，为执行留有余量的原则，取值最小要求分别为1.1Fstk和1.1fyk，钢筋剥肋直径仍按600级以下套筒要求执行，套筒壁厚按最不利状态等强度代换原则进行，以HTRB600ΦH25为例，钢筋在机械接头长度范围内抗拉强度1.1×491mm?×750N/m m?=405075N，屈服强度 1.1 ×491m m?×600N/mm?=324060N，采用20Cr材质的高强度套筒抗拉强度需要的截面积为405075N÷835N/mm?=485mm?，屈服强度需要的截面积为324060N÷540N/mm?=600mm?，取最大值600mm?，套筒内径螺纹最有利部位内径为Φ23.7mm，不利部位内径为Φ26mm，取最不利部位内径26mm，则外径为38mm，与普通直径25套筒外径基本一致，既满足了机械接头长度范围内抗拉强度及屈服强度要求，也满足了保护层要求。

3、型式检验：

钢筋套丝按普通钢筋直螺纹套丝制作，以直径25钢筋为例，钢筋丝头加工长度为1/2套筒长度，允许偏差为0-2P（P为螺纹丝距），套丝加工尺寸在30-35mm，以扭矩扳手计量拧紧力矩不小于260N・m，单边露丝长度均不超过2P，经抗拉强度检验，拉力为380KN左右，折合抗拉强度约在770MPa左右，断点在套筒接头范围，抗拉强度满足标准值要求，不满足1.1倍抗拉强度标准值，故判定接头不满足JGJ107-2010 I级接头规定，满足II级接头规定，经多次试验均出现此种清况，断面呈明显的应力集中破坏形态，经分析可能高强度套筒与高强度钢筋丝头接触不完全，是造成此类现象的主要原因，接触较完全的地方承受了整个较大的拉力，所以形成了明显的应力集中破坏形式，初次型式检验不太成功，对接头的位置及接失百分率都有了限制要求。

4、改良：

出现明显应力集中破坏形式的主要原因可能是套筒内丝与钢筋丝头接触不均匀造成，改良的方向放在了缩短套丝长度加大拧紧力矩，使套筒内丝与钢筋丝头之间充分接触均匀，同时参照锥螺纹施工原理。

仍以直径25钢筋为例，套丝长度为1/2套筒长度，套丝长度公差-1P～-1.5P（参照锥螺纹加工公差-0.5P～-5P），最终设定在25-27mm。安装时拧紧力矩260N・m时（《钢筋机械连接技术规程》JGJ107-2010要求），套筒内两端钢筋接头约有6-8mm间隙，继续加大拧紧力矩，使套筒内丝对钢筋接头未剥肋部分形成横同剪切，每边剪切约1P，即剪切拧紧一圈，每边不仅不露丝，还向内1P，套筒内两端钢筋接头间隙控制在0-1mm。经多次试验，在不剪切钢筋横肋的情况下，出现断于接头且拉力达不到1.1倍抗拉强度的几率大于60%，在加大扭矩对钢筋横肋形成剪切的情况下，拉力均能达到1.1倍抗拉强度，断点出现在接头外的概率大于50%，且为延性破坏特征，无明显应力集中破坏断面出现，满足I级接头要求，改良后的型式检验符合项目的要求。

5、施工：

改良后的工艺对套丝长度及精度提出了更高的要求，由《钢筋机械连接技术规程》（JGJ107-2010）规定的套丝长度偏差2P，改为-1P～-1.5P，施工前调试好剥肋套丝长度，以免丝头长度过长。在安装高强度直螺纹套筒时，由于工艺改良后需要剪切钢筋一圈横肋，故其拧紧力矩比较大（约在《钢筋机械连接技术规程》JGJ107-2010要求拧紧力矩的130%以上），普通套筒施工的扭矩扳手长度约为500-600mm，高强度套筒施工时采用长度为760mm的加长扭矩扳手，由于力矩增加了近30%，故可以用同样大小的力量达到近130%左右的扭矩，必要时扭矩扳手接加长杆，以达到保证和确保套筒内丝剪切钢筋横肋一圈的要求。

6、结论：

高强度套筒的材质由普通套筒的C45#钢改良为20Cr材质；套筒壁厚设计时遵循等强度设计的原则，即保证了机械接头的整体抗拉强度，又满足了保护层要求；钢筋丝头剥肋套丝的长度由1/2套筒长度偏差2P，改良为1/2套筒偏差-1 P～-1.5P；拧紧扭矩在普通套筒规程规定的扭矩值基础上提高了约30%，以达到高强度套筒剪切钢筋丝头一圈为前提，不存在露丝的可能性；统一使用加长扭矩扳手，可以以同样大小的力量达到提升扭矩的效果，通过工艺改良大幅度提高了高强度钢筋机械连接的质量，施工工艺难易程度仍与普通套筒相当，由于目前无规范规程对高强度套筒的连接有明确的规定，在改进工艺积极探索的同时推进规程规范的完善。

参考文献：

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