鋼筋套筒連接技術(shù)在核電工程中的應(yīng)用

左紹兵

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院 上海 200233）

鋼筋套筒連接技術(shù)在核電工程中的應(yīng)用

左紹兵

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院 上海 200233）

鋼筋套筒連接技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)、民用、道路、橋梁、水工建筑、海洋工程、核電工程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本文介紹了常用的鋼筋連接套筒分類以及不同國(guó)家鋼筋連接套筒強(qiáng)度要求，并介紹了鋼筋套筒連接技術(shù)在第三代非能動(dòng)核電工程中的應(yīng)用情況和技術(shù)要求。由于在第三代非能動(dòng)核電工程采用了鋼板混凝土這一結(jié)構(gòu)形式，從而大量使用了可焊型機(jī)械套筒，目前可焊型套筒采用進(jìn)口套筒，基于此，本文亦對(duì)可焊型套筒的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)行了思考和探討。

鋼筋套筒連接；接頭強(qiáng)度；可焊型套筒

1.引言

鋼筋套筒連接是繼綁扎連接、焊接連接之后的一種新型連接方式，以其接頭強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、節(jié)省材料、操作方便、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)在世界各個(gè)國(guó)家迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域。第三代非能動(dòng)核電工程中也采用了鋼筋套筒連接技術(shù)，由于采用了鋼板混凝土這一結(jié)構(gòu)形式，所以大量使用了可焊型機(jī)械套筒。本文對(duì)常用機(jī)械連接套筒分類、不同國(guó)家鋼筋連接套筒強(qiáng)度要求以及第三代非能動(dòng)核電工程中機(jī)械套筒的應(yīng)用情況和技術(shù)要求進(jìn)行介紹和分析，并對(duì)可焊型鋼筋連接套筒的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)行了思考和探討。

2.機(jī)械連接套筒分類

常用的機(jī)械連接套筒有直螺紋套筒、錐螺紋套筒和擠壓套筒，它們的優(yōu)缺點(diǎn)如下[1-2]。

鐓粗直螺紋套筒，提前預(yù)制，強(qiáng)度高，易裝配；但鋼筋延性降低，易脆斷，螺紋加工工序多。

直接滾壓直螺紋套筒，螺紋加工簡(jiǎn)單，設(shè)備投入少；但鋼筋粗細(xì)不均，螺紋精度差，設(shè)備損耗大。

擠(碾)壓肋滾壓直螺紋套筒，螺紋精度較直接滾壓螺紋有一定提高；但設(shè)備投入多，不能消除鋼筋粗細(xì)不均對(duì)螺紋精度的影響。

剝肋滾軋直螺紋套筒，螺紋牙型好，精度高，易裝配，設(shè)備損耗低；但設(shè)備投入多。

錐螺紋套筒，提前預(yù)制，易裝配；但削弱母材截面，強(qiáng)度降低，螺紋加工精度要求高，受操作影響大。

擠壓套筒，強(qiáng)度高；但擠壓對(duì)接頭可能產(chǎn)生不利影響，設(shè)備笨重，費(fèi)材料。

另外，直螺紋接頭強(qiáng)度不受扭緊力矩的影響，絲扣松動(dòng)和少擰不會(huì)明顯影響接頭強(qiáng)度，且較錐螺紋和擠壓接頭省鋼材。

3.各國(guó)機(jī)械連接套筒的強(qiáng)度要求

鋼筋機(jī)械連接套筒要達(dá)到的目的是鋼筋等強(qiáng)連接，為達(dá)到這一要求，各國(guó)對(duì)機(jī)械連接套筒連接的接頭強(qiáng)度都提出了要求：

中國(guó)：I級(jí)接頭，連接件極限抗拉強(qiáng)度大于或等于被連接鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.10 倍；II級(jí)接頭，連接件極限抗拉強(qiáng)度不小于被連接鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；III級(jí)接頭，連接件極限抗拉強(qiáng)度不小于被連接鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.25 倍[3]。

美國(guó)：接頭抗拉強(qiáng)度不小于被連接鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.25 倍[4-5]。

英國(guó)、法國(guó)：接頭抗拉強(qiáng)度不小于鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值[6]。

4.第三代非能動(dòng)核電工程中機(jī)械連接套筒的形式和技術(shù)要求

4.1 套筒形式

第三代非能動(dòng)核電工程中常用的機(jī)械連接套筒有三種形式：標(biāo)準(zhǔn)連接套筒、帶法蘭連接套筒和可焊型連接套筒。

標(biāo)準(zhǔn)連接套筒廣泛應(yīng)用于核島底板、墻體、樓板等混凝土結(jié)構(gòu)中，和一般工程項(xiàng)目中的套筒形式相同。

帶法蘭連接套筒用于樓板鋼筋和鋼板混凝土結(jié)構(gòu)墻體之間的連接，與標(biāo)準(zhǔn)連接套筒相似，其中法蘭主要是將套筒和鋼板進(jìn)行臨時(shí)焊接固定，方便鋼筋的安裝。如圖4.2所示。

圖3.1 帶法蘭機(jī)械連接套筒

可焊型套筒用于第三代非能動(dòng)核電工程中鋼板混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)埋板，用來(lái)將錨固鋼筋和鋼板進(jìn)行連接，如圖3.2所示。由于該類套筒在國(guó)內(nèi)其他項(xiàng)目中應(yīng)用較少，且焊接性能要求較高，目前項(xiàng)目中采用的是國(guó)外錐螺紋套筒。

圖3.2 可焊型機(jī)械連接套筒

4.3 套筒技術(shù)要求

第三代非能動(dòng)核電工程中混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基于核安全有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范ACI 349，ACI 349中機(jī)械接頭的強(qiáng)度要求相當(dāng)于國(guó)內(nèi)III級(jí)機(jī)械接頭，考慮到核電工程結(jié)構(gòu)的安全性及國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的適用性，工程中根據(jù)套筒使用的部位和接頭百分率采用符合JGJ 107規(guī)定的I、II級(jí)機(jī)械接頭，并按照ACI 349補(bǔ)充循環(huán)加載試驗(yàn)和應(yīng)變?cè)囼?yàn)要求，對(duì)于可焊型機(jī)械套筒要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定：

循環(huán)加載試驗(yàn)：對(duì)于每一種機(jī)械連接，至少取3組試件進(jìn)行100次頻率為1Hz正弦波形式的循環(huán)加載試驗(yàn)，加載范圍為被連接鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的5%～90%，循環(huán)加載試驗(yàn)后對(duì)試件進(jìn)行靜力試驗(yàn)，相對(duì)直接進(jìn)行靜力張拉試驗(yàn)應(yīng)無(wú)承載力損失。

應(yīng)變?cè)囼?yàn)：對(duì)于每一種機(jī)械連接，應(yīng)至少進(jìn)行 6組應(yīng)變?cè)囼?yàn)，在達(dá)到鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 90%時(shí)，機(jī)械連接總長(zhǎng)度的應(yīng)變不超過(guò)相同長(zhǎng)度被連接鋼筋應(yīng)變的150%。

焊接工藝評(píng)定：對(duì)于可焊型機(jī)械套筒，應(yīng)對(duì)焊接試件進(jìn)行靜力拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果不低于對(duì)應(yīng)等級(jí)接頭的抗拉強(qiáng)度要求，并進(jìn)行焊縫宏觀金相試驗(yàn)。

5.可焊型鋼筋機(jī)械套筒國(guó)產(chǎn)化建議目前第三代非能動(dòng)核電工程中的可焊型鋼筋套筒采用國(guó)外進(jìn)口套筒，國(guó)內(nèi)正在開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化研制工作，結(jié)合設(shè)計(jì)要求和實(shí)際工程應(yīng)用情況對(duì)可焊型套筒國(guó)產(chǎn)化建議如下：

（1）可焊型套筒在工程使用中接頭百分比一般大于50%，套筒性能應(yīng)滿足國(guó)內(nèi)I級(jí)接頭的要求；

（2）套筒原材料屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度不宜低于45號(hào)鋼；

（3）套筒原材料碳當(dāng)量不宜超過(guò)0.45%；

（4）套筒內(nèi)螺紋優(yōu)先采用直螺紋。

6.結(jié)語(yǔ)

隨著建筑結(jié)構(gòu)形式不斷的創(chuàng)新和發(fā)展，對(duì)鋼筋套筒的連接形式和性能不斷提出新的要求，第三代非能動(dòng)核電工程中可焊型鋼筋連接套筒的應(yīng)用就對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)械套筒的研發(fā)和制造提出了新的要求，相信隨著套筒研發(fā)能力和制造水平不斷進(jìn)步和提升，安全、質(zhì)量、高效的鋼筋機(jī)械連接技術(shù)一定會(huì)更好地服務(wù)于各類重大工程項(xiàng)目。

[1]劉永頤，鋼筋等強(qiáng)度直螺紋連接——新一代鋼筋機(jī)械連接技術(shù)[J],建筑結(jié)構(gòu)，1999(1).

[2]魏克，姚德龍，大直徑鋼筋機(jī)械連接技術(shù)——套管擠壓與錐螺紋的比較分析[J]，天津建設(shè)科技，2001(2).

[3]JGJ 107-2016，鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016.

[4]ACI 318-08,Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary[S].USA: ACI Committee 318,2008.

[5]ACI 349-06,Code Requirements for Nuclear Safety Related Concrete Structures[S].USA: ACI Committee 349,2006.

[6]ISO 15835-2009,Steels for the reinforcement of concrete-Reinforcement couplers for mechanical splices of bars[S].ISO,2009.

G322

B

1007-6344（2016）10-0231-02

左紹兵，男，1983年出生，2009年3月獲得同濟(jì)大學(xué)碩士研究生學(xué)歷，2009年4月至今在上海核工程研究設(shè)計(jì)院土建公用設(shè)施所工作，主要研究方向：大型先進(jìn)壓水堆國(guó)家重大專項(xiàng)模塊化技術(shù)研究。